(57)【要約】【課題】光ディスクを高品質に短時間で成形できる成形方法と成形装置を提供する。【解決手段】キャビティ４０の表面冷却用の温調水流路１３および２４が固定金型５０と可動金型６０にそれぞれ設けられている成形金型２において、スタンパ３２裏面または上記キャビティ４０に隣接し、上記キャビティ４０の表面において、弱冷却しようとする部分に対応する熱伝導材７０及び８０の厚みを、強冷却しようとする部分に対応する熱伝導材７０及び８０の厚みより薄くし、キャビティ４０から温調水流路１３および２４までの熱通過率を等しくしたことにより成形時間の短縮が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、キャビティの表面冷却用の温調水流路と上記キャビティ間を熱伝導率と厚みが異なる材質で構成したことを特徴とする光ディスク射出成形用金型。
【請求項２】
金型材料と熱伝導率と厚みが異なる材質がキャビティに近接され、温調水流路とキャビティを結ぶ直線上の熱通過率が、上記キャビティの上記温調水流路からの位置に拘わらず一定である請求項１記載の光ディスク射出成形用金型。
【請求項３】
キャビティの表面において弱冷却する部分に対向する温調水流路と上記キャビティ間を金型材料と上記金型材料より低い熱伝導材で構成し、強冷却する部分に対向する上記温調水流路と上記キャビティ間は金型材料と上記低い熱伝導材の厚みを弱冷却する部分の厚みより薄くすることを特徴とする請求項２記載の光ディスク射出成形用金型。
【請求項４】
キャビティに対して、スタンパを含む側の上記キャビティと温調水流路間の熱通過率と上記スタンパを含まない側の上記キャビティと温調水流路間の熱通過率を等しくしたことを特徴とする請求項１又は２記載の光ディスク射出成形用金型。
【請求項５】
キャビティに対して、スタンパを含む側の上記キャビティと温調水流路間と上記スタンパを含まない側の上記キャビティと温調水流路間を同一材料で構成したことを特徴とする請求項２又は５記載の光ディスク射出成形用金型。
【請求項６】
キャビティに対して、スタンパを含む側の上記キャビティと温調水流路間と上記スタンパを含まない側の上記キャビティと温調水流路間を異種材料で構成したことを特徴とする請求項２又は５記載の光ディスク射出成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクの成形方法及び成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、光ディスクは樹脂材料の射出成形で製作しており、その成形装置は、接離自在な一対の金型の一方にスタンパ３２が装着されている。このような光ディスクの成形方法及び成形装置を図６に基づいて以下に説明する。
【０００３】
この成形装置１は、一対の金型として固定金型１０と可動金型２０からなり、前記固定金型１０は位置不動に支持されており、前記可動金型２０は前記固定金型１０にガイド部を持って接離自在に支持されている。
【０００４】
前記固定金型１０は、円盤状に形成され、外周部に段差１３と中央部に樹脂材料の射出用のノズル孔１４が設けられ、このノズル孔にホッパー（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３２がスタンパホルダー１５を用いて前記固定金型１０に装着されている。
【０００５】
前記可動金型２０も、円盤状に形成され、外周部に段差２５と中央部にパンチ２３が設けられている。そして、前記可動金型２０を前記固定金型１０に接合させると、可動金型２０の前記段差２５と固定金型１０の前記段差１３が密着し、前記スタンパ３２に対向するキャビティ３０が形成される。
【０００６】
なお、前記成形装置１には、冷媒が循環される多数の流路１３および２４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。
【０００７】
次に、上述のような構造の成形装置１による光ディスクの成形方法を以下に説明する。
【０００８】
先ず、固定金型１０から可動金型２０を離反させ、この固定金型１０にスタンパ３２をスタンパホルダー１５により装着する。次に可動金型２０を固定金型１０に一体に接合させてキャビティ３０を形成し、このキャビティ３０にノズル孔１４から溶融した樹脂材料（図示せず）を射出する。
【０００９】
この射出の完了後にノズル孔１４のゲートをパンチ２３により閉止し、キャビティ３０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２０を固定金型１０から離反させ、固定金型１０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。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０７−１７８７７４号公報
【特許文献２】
特開平０７−１００８６６号公報
【特許文献３】
特開平０２−１３４２２６号公報
【特許文献４】
特開平０５−２１２７６５号公報
【特許文献５】
特開平０１−２７８３２２号公報
【特許文献６】
特開２０００−０００８２６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した成形装置１による成形方法においては、キャビティ３０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は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３０内での流動性が高いためスタンパ３２への転写性が向上し、スタンパ凹凸３１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。
【００１２】
また、射出充填時の溶融樹脂はキャビティ３０と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３０を冷却する温調水流路１３および２４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対向部と非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。
【００１３】
上記、課題を解決するために、キャビティ３０表面の温度分布を均一に制御する方法が提案されている。
【００１４】
例えば、上記特許文献３や特許文献４に開示された成形装置では、キャビティの内周と外周で独立して温調する。また、上記特許文献５には、温調水流路をキャビティの半径方向に変化させる方法などが提案されている。しかし、上記の方法には、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。
【００１５】
また、上記特許文献６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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、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、キャビティの表面冷却用の温調水流路と前記キャビティ間を熱伝導率と厚みが異なる材質で構成するようにした。
【００１７】
請求項２記載の発明は、金型材料と熱伝導率と厚みが異なる材質がキャビティに近接され、温調水流路とキャビティを結ぶ直線上の熱通過率が、上記キャビティの上記温調水流路からの位置に拘わらず一定であるように構成するようにした。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、キャビティの表面において弱冷却する部分に対向する温調水流路と前記キャビティ間を金型材料と前記金型材料より低い熱伝導材で構成し、強冷却する部分に対向する上記温調水流路と前記キャビティ間は金型材料と前記低い熱伝導材の厚みを弱冷却する部分の厚みより薄くするように構成した。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、キャビティに対して、スタンパを含む側の前記キャビティと温調水流路間の熱通過率と前記スタンパを含まない側の上記キャビティと温調水流路間の熱通過率を等しくした。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、キャビティに対して、スタンパを含む側の前記キャビティと温調水流路間と前記スタンパを含まない側の前記キャビティと温調水流路間を同一材料で構成した。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項２又は４記載の発明において、キャビティに対して、スタンパを含む側の前記キャビティと温調水流路間と前記スタンパを含まない側の前記キャビティと温調水流路間を異種材料で構成した。
【００２２】
上記構成により請求項１及び２記載の発明は、キャビティの表面冷却用の温調水流路とキャビティ間を熱伝導率と厚みが異なる材質で構成することにより、キャビティの温調水流路対向部と非対向部での熱通過率を等しくし、射出充填時の樹脂のキャビティ接触による冷却差を抑制する。
【００２３】
請求項３記載の発明は、キャビティの表面冷却用の温調水流路とキャビティ間を金型材料より低い熱伝導材で構成することによって射出充填時のキャビティを断熱し、キャビティで弱冷却される部分は熱伝導材の厚みを強冷却される部分より厚くし、キャビティに対する温調水流路対向部と非対向部での熱通過率を等しくする。
【００２４】
請求項４記載の発明は、スタンパ材を含む上型側とスタンパ材を含まない下型側のキャビティから温調水流路までの熱通過率を等しくする。
【００２５】
請求項５記載の発明は、スタンパ材を含む上型側とスタンパ材を含まない下型側のキャビティから温調水流路間を同じ熱伝導材で厚みを変えて構成し、キャビティから温調水流路間の熱通過率を等しくする。
【００２６】
請求項６記載の発明は、スタンパ材を含む上型側とスタンパ材を含まない下型側のキャビティから温調水流路間を異なる熱伝導材で構成し、キャビティから温調水流路間の熱通過率を等しくする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施例を図１に基づいて以下に説明する。なお、本実施例で示す光ディスクの成形方法及び成形装置に関し、一従来例として前述した光ディスクの成形方法及び成形装置と同一の部分は、同一の名称及び符号を利用し詳細な説明は省略する。
【００２８】
この成形装置２は、一対の金型として固定金型５０と可動金型６０からなり、固定金型５０は位置不動に支持されており、可動金型６０は固定金型５０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５０は、円盤状に形成され、外周部に段差５３と中央部に樹脂材料の射出用のノズル孔１４が設けられ、このノズル孔１４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３２がスタンパホルダー１５を用いて固定金型５０に装着されている。可動金型６０も、円盤状に形成され、外周部に段差６５と中央部にパンチ２３が設けられている。そして、可動金型６０を固定金型５０に突き合わせることにより、可動金型６０の段差６５と固定金型５０の段差５３が密着し、スタンパ３２に対向するキャビティ４０が形成される。
【００２９】
固定金型５０の背面部１２および可動金型６０の背面部２２には、キャビティ４０の表面冷却用の温調水流路１３および２４が設けられている。温調水流路は、３つの流路１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび２４ａ、２４ｂ、２４ｃ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。
【００３０】
また、７０および８０は熱伝導材を示し、スタンパ３２を含む固定金型側５０ではスタンパ３２の裏面に接して構成され、スタンパ３２を含まない可動金型側６０ではミラー面２６の裏面に構成される。熱伝導材７０および８０は金型材料（ＳＵＳ：熱伝導率２３Ｗ／ｍ・Ｋ）より熱伝導率が低い、セラミック系の例えばアルミナ（熱伝導率：１１〜１５Ｗ／ｍ・Ｋ）やアモルファスカーボン（熱伝導率：５〜８Ｗ／ｍ・Ｋ）を溶射や熱成形によって固定金型面５１および可動金型面６１上に構成し、表面にＤＬＣまたはメッキ処理を施す。熱伝導材の温調水流路１３および２４に対向する部分は、熱伝導材７０および８０の厚みを非対向部より厚めになるよう、予め固定金型面５１および可動金型面６１に凹部を設け、その上に熱伝導材７０および８０を形成させる。
【００３１】
このような構成において、本実施例の成形装置２による光ディスクの成形方法を以下に説明する。
【００３２】
光ディスク成形の場合、スタンパ形状に樹脂を転写させるために、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１００℃前後）のキャビティ内４０に短時間で射出し（０．１秒程度）、スタンパ形状３１に樹脂を転写した後、樹脂を冷却固化（数秒オーダー）させ、可動金型６０を開き成形基板を取出す。溶融樹脂はキャビティ４０面と接触することにより、金型本体５０および６０を伝熱し、温調水流路１３および２４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。キャビティ４０と温調水流路１３および２４間を構成する熱伝導材７０および８０と金型材５１および６１を伝熱する熱流量Ｑは、熱伝導材の熱伝導率をλ１／厚みをｔ１／熱流量垂直面積をＡ１／キャビティ接触面温度Ｔ１、金型材の熱伝導率をλ２／厚みをｔ２／熱流量垂直面積をＡ２／温調水流路接触面温度をＴ２とすると、一般的に、
Ｑ＝（Ｔ１−Ｔ２）／（ｔ１／λ１／Ａ１＋ｔ２／λ２／Ａ２）                （１）
で示される。
【００３３】
キャビティ４０から温調水流路２４への伝熱状態を図２および図３を用いて説明する。ここでは、可動金型６０側での伝熱状態を説明するが、固定金型５０側でのキャビティ４０から温調水流路１３への伝熱状態も同様に適用される。
【００３４】
キャビティ４０表面で温調水流路２４に対向し強冷却される部分をＡ、非対向部で弱冷却される部分をＢ、温調水流路中心をＯとすると、強冷却されるＯＡライン部の熱伝導材８１の厚みを弱冷却されるＯＢライン部の熱伝導材８２より厚くすることによって、キャビティ４０接触面温度をＡ部とＢ部で等しくすることが可能になる。
【００３５】
ＯＡライン部の熱伝導材８１の厚みをｔ１／金型材８３厚みをｔ２、ＯＢライン部の熱伝導材の厚み８２をｔ１′／金型材厚み８４をｔ２′、キャビティ４０接触面温度をＴ１／温調水流路２４接触面温度をＴ２、ＯＡライン部の熱流量をＱ／ＯＢライン部の熱流量をＱ′とすると、
ＯＡライン部では、Ｔ１−Ｔ２＝（ｔ１／λ１＋ｔ２／λ２）＊Ｑ／Ａ        （２）
ＯＢライン部では、Ｔ１−Ｔ２＝（ｔ１′／λ１＋ｔ２′／λ２）＊Ｑ′／Ａ′（３）
ここで、単位面積当りの熱流入垂直面積について考えると、Ａ＝Ａ′。また、熱流量を等しくするためには、Ｑ＝Ｑ′にしなければならないことから、
（ｔ１／λ１＋ｔ２／λ２）＝（ｔ１′／λ１＋ｔ２′／λ２）                （４）
の関係を満たすことが必要である。
キャビティ４０上の任意の部分Ｂは、∠ＡＯＢ＝θとすると、
ｔ１＋ｔ２＝（ｔ１′＋ｔ２′）ＣＯＳθ                                （５）
式（４）、（５）から、
ｔ１′＝（（ｔ１＋ｔ２）／ＣＯＳθ−（ｔ１／λ１＋ｔ２／λ２）λ２）／（１−λ２
／λ１）                                                            （６）
となり、強冷却されるＯＡライン部の熱伝導材８１厚みｔ１と金型材８３厚みｔ２を設定すると、弱冷却されるＯＢライン部の熱伝導材８２厚みｔ１′と金型材８４厚みｔ２′が決定される。熱伝導材は０．５ｍｍ以下では断熱効果が小さくまた強度も低くなり、２．０ｍｍ以上の厚みでは断熱効果は変わらずかえって冷却効率が低下するため、熱伝導材８０は０．５〜２．０ｍｍの厚みを有することで断熱効果が大きく、成形射出時の転写を向上させることができる。
【００３６】
本実施例で用いた成形装置２では、熱伝導材８０にアモルファスカーボンを用い、強冷却される部分の金型材８３の厚み：ｔ２＝１５ｍｍ、弱冷却される部分の熱伝導材８２の厚み：ｔ１′＝１ｍｍ、温調水流路の配置から取り得る最大θ：２０°とすると、強冷却される部分の熱伝導材８１の厚み：ｔ１は式（４）から１．３ｍｍに設定すれば、温調水流路対向部と非対抗部関係無くキャビティ４０表面温度を一定にすることができる。
【００３７】
このように熱伝導材８０と金型材６１の厚みが決定された金型においては、キャビティ４０から温調水流路２４間の熱通過率がキャビティ４０表面の温調水流路対向部と非対抗部で等しくなるため、キャビティ４０表面温度を温調水流路対向部と非対抗部関係無く一定にすることができ、温度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。
【００３８】
本発明の第ニの実施例を図４および図５に基づいて以下に説明する。なお、本実施例で示す光ディスクの成形方法及び成形装置に関し、一従来例として前述した光ディスクの成形方法及び成形装置と同一の部分は、同一の名称及び符号を利用し詳細な説明は省略する。
【００３９】
また、一般的に光ディスクの成形装置は、接離自在な一対の金型の一方（一般的には固定金型側）に情報原盤であるスタンパが装着されている。スタンパは、その製作方法から電鋳やカッティングなどの加工のし易さからニッケルを用いる場合が多い。従って、固定金型側のキャビティ表面温度と可動金型片側のキャビティ表面温度を等しくするためには、低熱伝導材であるスタンパを考慮する必要がある。
【００４０】
図４で、スタンパ３２が装着される固定金型５０側のキャビティ４０表面をＣ、可動金型６０側のキャビティ４０表面をＤ、温調水流路１３および２４中心をＯおよびＯ′とすると、固定金型５０側のＯＣライン部の熱伝導材７０の厚みを可動金型６０側のＯ′Ｄライン部の熱伝導材８０より厚くすることによって、キャビティ４０接触面温度をＣ部とＤ部で等しくすることが可能になる。
【００４１】
ＯＣライン部の熱伝導材７１の厚みをｔ１／金型材７３厚みをｔ２／スタンパ３２厚みをｔ３／スタンパ３２の熱伝導率をλ３、ＯＤライン部の熱伝導材８１の厚みをｔ１′／金型材８３厚みをｔ２′、キャビティ４０接触面温度をＴ１／温調水流路１３および２４接触面温度をＴ２、ＯＣライン部の熱流量をＱ／ＯＤライン部の熱流量をＱ′とすると、
ＯＣライン部では、
Ｔ１−Ｔ２＝（ｔ１／λ１＋ｔ２／λ２＋ｔ３／λ３）＊Ｑ／Ａ                （７）
ＯＤライン部では、
Ｔ１−Ｔ２＝（ｔ１′／λ１＋ｔ２′／λ２）＊Ｑ′／Ａ′                  （８）
ここで、単位面積当りの熱流入垂直面積について考えると、Ａ＝Ａ′。また、熱流量を等しくするためには、Ｑ＝Ｑ′にしなければならないことから、
（ｔ１／λ１＋ｔ２／λ２＋ｔ３／λ３）＝（ｔ１′／λ１＋ｔ２′／λ２）      （９）
ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＝ｔ１′＋ｔ２′                                    （１０）
の関係を満たすことが必要である。
式（１）と（２）から、固定金型側の熱伝導材７１の厚み：ｔ１は、
ｔ１＝ｔ１′＋（（λ３−λ２）λ１／（λ２−λ１）／λ３）＊ｔ３          （１１）
で示される。
【００４２】
本実施例で用いた成形装置２では、熱伝導材７０および８０にアモルファスカーボンを用い、可動金型６０側の熱伝導材８１の厚み：ｔ１′＝１ｍｍ、金型材８３の厚み：ｔ２′＝１５ｍｍ、スタンパ３２厚み：０．４ｍｍとすると、固定金型５０側の熱伝導材７１の厚み：ｔ１は式（１）から１．１ｍｍに設定すれば、スタンパ３２を含む固定金型５０側と可動金型６０側のキャビティ４０表面温度を等しくすることができる。
【００４３】
このように熱伝導材と金型材の厚みが決定された金型においては、固定金型５０側のキャビティ４０表面から温調水流路１３までの熱通過率と可動金型６０側のキャビティ４０表面から温調水流路２４までの熱通過率が同じになるため、キャビティ４０表面温度を固定金型５０側と可動金型６０側で等しくすることができ、キャビティ４０表面の温度差による基板のそりを解消することができる。
【００４４】
また、上記の方法を用いれば、固定金型５０側と可動金型６０側の熱伝導材は必ずしも同じ材料である必要はなく、例えば、スタンパ３２を装着する固定金型５０側の熱伝導材は、スタンパの熱膨張率（α：２．４×１０−５）にできるだけ近いアモルファスカーボン（α：３．０×１０−６）を用い、可動金型６０側の熱伝導材は溶射などの方法でミラー面を構成し易いアルミナ（α：６．４×１０−８）を用いて、熱伝導材と金型材の厚みを最適化することによって、固定金型５０側のキャビティ４０表面から温調水流路１３までの熱通過率と可動金型６０側のキャビティ４０表面から温調水流路２４までの熱通過率を等しくすることが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳述したように、キャビティの表面冷却用の温調水流路とキャビティ間を熱伝導率と厚みが異なる材質で構成し、キャビティの表面冷却用の温調水流路とキャビティ間を金型材料より低い熱伝導材で構成することによって射出充填時のキャビティを断熱し、キャビティで弱冷却される部分は熱伝導材の厚みを強冷却される部分より厚くし、キャビティに対する温調水流路対向部と非対向部での熱通過率を等しくすることにより、キャビティから温調水流路間の熱通過率がキャビティ表面の温調水流路対向部と非対抗部で等しくなるため、キャビティ表面温度を温調水流路対向部と非対抗部関係無く一定にすることができ、温度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。
【００４６】
また、スタンパ材を含む上型側とスタンパ材を含まない下型側のキャビティから温調水流路までを同じ熱伝導材または異なる熱伝導材の厚みを変えて構成し、キャビティから温調水流路間の熱通過率を等しくすることにより、上型側のキャビティ表面から温調水流路までの熱通過率と下型側のキャビティ表面から温調水流路までの熱通過率が同じになるため、キャビティ表面温度を上型側と下型側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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す成形装置を示す縦断面図
【図２】本発明の第一の実施例を示す成形装置の要部を示す縦断面図
【図３】本発明の第一の実施例を示す成形装置の熱通過を示す説明図
【図４】本発明の第二の実施例を示す成形装置の要部を示す縦断面図
【図５】本発明の第二の実施例を示す成形装置の熱通過を示す説明図
【図６】一従来例の成形装置を示す縦断面図
【符号の説明】
１２、５１、６１、２２    金型
１４                      ノズル孔
２３                      パンチ
３２                      スタンパ
１５                      スタンパホルダ
４０                      キャビティ
１３、２４                温調水流路
７０、８０                熱伝導材
【図１】
2004181716.tif 000003
【図２】
2004181716.tif 000004
【図３】
2004181716.tif 000005
【図４】
2004181716.tif 000006
【図５】
2004181716.tif 000007
【図６】
2004181716.tif 000008