(57)【要約】      （修正有）【課題】  スタンパの裏面に設けた熱伝導性の低い断熱層は、金型面との摩擦が大きく、耐久性に劣り、スタンパ交換及び金型交換に至るショット数が著しく少ない欠点がある。このような断熱層を使用しないで、スタンパと成形金型の耐久性を向上し、光ディスク成形における成形サイクルを短縮すること。【解決手段】  光ディスク成形金型において、成形キャビティのスタンパ１を保持する表面に、スタンパ１表面に転写しない程度の制御された表面粗度の凹凸を形成し、つまり、表面粗度Ｒａを５０−１００００Å、Ｐ−Ｖを１０００Å−１０００００Åを設け、その上にダイヤモンド様炭素膜１５を一体形成した。【選択図】    図１
2005190632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形キャビティのスタンパを保持する表面に、スタンパ表面に転写しない程度の制御された表面粗度の凹凸を形成し、その上にダイヤモンド様炭素膜を一体に形成した光ディスク成形金型。
【請求項２】
成形キャビティのスタンパを保持する表面の表面粗度Ｒａが５０−１００００Å、及びＰ−Ｖが１０００Å−１０００００Åである、請求項１の光ディスク成形金型。
【請求項３】
前記成形キャビティのスタンパを保持する表面の表面粗度Ｒａが５００−１５００Å、及びＰ−Ｖが５０００Å−２００００Åである、請求項２の光ディスク成形金型。
【請求項４】
前記ダイヤモンド様炭素膜は式ＣＨaＯbＮcＦdＢeＰf
（ただし原子比でａ＝０．０５〜０．７、ｂ＝０〜１、ｃ＝０〜１、ｄ＝０〜１、ｅ＝０〜１、及びｆ＝０〜１）で表される組成を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ディスク成形金型。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ディスク成形金型の成形キャビティの前記スタンパ保持面に、表面に転写すべき情報パターンを有するスタンパを取り付け、溶融した原料樹脂を前記キャビティに導入し成形することよりなる光ディスクの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスタンパ（成形母型板）を利用して光ディスクの成形を行う型の光ディスク成形金型とそれを使用した光デスクの成形方法に関し、特に成形サイクル時間を短縮した光ディスク成形金型とそれを使用する成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクは一般に射出成形法により製作される。射出成形装置の固定金型と可動金型の対向面に成形キャビティを設け、一方の金型のキャビティのスタンパ保持面に、微小ピット等の凹凸による情報パターンを有するスタンパを保持させ、キャビティに溶融樹脂を注入し、冷却固化してスタンパから転写した情報パターンを有する光ディスクを製造する方法が広く行われている。
【０００３】
金型及びスタンパは、溶融樹脂の注入時に溶融樹脂がスタンパの情報パターンの隅々まで完全に充填して情報パターンの精密な転写が行われるように所定温度以上に加温される必要がある一方、成形された光ディスクの固化・冷却を迅速に行うために金型を外部から冷却する必要がある。しかし、冷却された金型のキャビティ表面及びスタンパの温度を所定の温度にするには、射出する溶融樹脂温度を上げるか又は溶融樹脂との接触時間を長くする必要があり、ひいては１回の成形に要する時間（成形サイクル時間）が長く、生産性（成形サイクル時間の短縮、単位時間当たりのショット数の向上）が低い問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、金型キャビティのスタンパ保持面に断熱層を形成することによりスタンパを保温して熱の過度な散逸を回避し、それにより成形サイクル時間を短縮するための提案が各種なされている。
例えば、スタンパの内部または裏面に厚さセラミックス、ビスマス、又はポリイミドまたはポリアミドイミド等の熱伝導性の低い断熱層を固着し、溶融樹脂充填時の一時的蓄熱により転写効果を上げ、冷却は冷却されている金型により急冷固化することにより光ディスクの生産性を向上させることが提案され（特開２００２−３６１６８９号公報）、或いはスタンパ（インサート）の裏面（金型に接触する面）に熱伝導度の低い、ポリイミド、ポリエーテルイミド、又はシロキサン改質ポリエーテルイミドの断熱性塗料を塗布することにより成形サイクルを向上することが提案されている（特開２００２−５１３６９１号公報）。
【０００５】
しかし、スタンパの裏面にセラミクス、ビスマス、ポリイミド、ポリアミドイミドの断熱層を形成すると、成形サイクル時間は短縮されるものの、スタンパと金型のスタンパ保持面との間の摩擦が大きく、スタンパ及び金型の耐久性に劣り、スタンパ交換に至るショット数並びに金型の交換に至るショット数が著しく少ない欠点がある。
またスタンパと断熱層が一体に形成されている場合には、両者の熱膨張係数の差によりスタンパに歪みが生じ、成形に支障が生じる問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６１６８９号公報
【特許文献２】特開２００２−５１３６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術に記載されたようなスタンパの裏面に設けた熱伝導性の低い断熱層は、金型面との間の摩擦が大きく、耐久性に劣り、スタンパ交換及び金型交換に至るショット数が著しく少ない欠点がある。
即ち、スタンパの保温性又は冷却に対する遅延性を向上するために２０μｍ〜２５０μｍのような厚い断熱層が介在するにもかかわらず金型のスタンパ保持面とスタンパ裏面の断熱層との間に生じる大きい摩擦と摩耗のため、これらの接触面にスクラッチ傷を生じ、それがスタンパの転写面を変形させるため情報パターンの精密な転写が不可能となり、スタンパと成形金型の耐久寿命が著しく短い欠点があるが、従来断熱層を有するスタンパの耐久性を向上する試みはされていない。
またスタンパと断熱層が一体に形成されている場合には、両者の熱膨張係数の差によりスタンパに歪みが生じ、成形に支障が生じる問題がある。
従って本発明はこのような断熱層を使用しないで、スタンパと成形金型の耐久性を向上し、成形サイクルを短縮した光ディスク成形金型とそれを用いた光ディスク成形方法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】
【０００８】
本発明は、成形キャビティの壁面の一部を構成するスタンパ保持面に、スタンパ表面に転写しない程度の制御された表面粗度の凹凸を形成し、その上にダイヤモンド様炭素膜を一体に形成した光ディスク成形金型により目的を達成する。
より具体的には、スタンパ保持面の表面粗度Ｒａは５０−１００００Å、及びＰ−Ｖ（ピークツーバリー）が１０００Å−１０００００Å、より好ましくはＲａが５００−１５００Å、及びＰ−Ｖが５０００Å−２００００Åである。
【０００９】
前記ダイヤモンド様炭素膜は好ましくは式ＣＨaＯbＮcＦdＢeＰf
（ただし原子比でａ＝０．０５〜０．７、ｂ＝０〜１、ｃ＝０〜１、ｄ＝０〜１、ｅ＝０〜１、及びｆ＝０〜１）で表される組成を有する。
【００１０】
本発明は更に、上記のいずれかの光ディスク成形金型の成形キャビティの前記スタンパ保持面に、表面に転写すべき情報パターンを有するスタンパを取り付け、溶融した原料樹脂を前記キャビティに導入し成形することよりなる光ディスクの成形方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、光ディスク成形金型の成形キャビティの壁面の一部を構成するスタンパ保持面にダイヤモンド様炭素膜を形成するに当たり、スタンパ保持面に所定の粗面を形成することにより、ダイヤモンド様炭素膜の表面に凹凸を形成し、これによりスタンパ裏面とダイヤモンド様炭素膜との間に空気層が形成されてスタンパ裏面とスタンパ保持表面の間を断熱し、それによりスタンパの保温性を高め、光ディスク成形サイクル時間を短縮することができる。
本発明は金型のスタンパ保持面に従来のように特別な断熱層を要することなく、空気層を形成することにより、従来の断熱層に劣らない断熱効果を達成できる。またダイヤモンド様炭素膜を使用することで従来の断熱層とは異なり耐久性がきわめて大きく、スタンパおよび金型の寿命も従来のスタンパ支持面にダイヤモンド様炭素膜を施した光ディスク成形金型と遜色がないきわめて大きい耐用寿命を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の特徴は、光ディスク成形金型の成形キャビティの壁面の一部を構成するスタンパ保持面にダイヤモンド様炭素膜を形成するに当たり、スタンパ保持面に所定の粗面を形成することにより、ダイヤモンド様炭素膜の表面に凹凸を形成することにある。
【００１３】
本発明で使用できるダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）膜は、特開昭６２−１４５６４６号公報、同６２−１４５６４７号公報、Ｎｅｗ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｆｏｒｕｍ、第４巻第４号（昭和６３年１０月２５日発行）等に記載されている。ＤＬＣ膜は、上記文献（Ｎｅｗ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｆｏｒｕｍ）に記載されているように、ラマン分光分析において、１４００〜１７００ｃｍ-1にブロードなラマン散乱スペクトルの山を有し、１３３３ｃｍ-1に鋭いピークを有するダイヤモンドや、１５８１ｃｍ-1に鋭いピークを有するグラファイトとは、明らかに異なった構造を有する物質である。ＤＬＣ膜のラマン分光分析スペクトルでは上記のブロードな山は、炭素および水素以外の上記元素を含有することにより、相当程度変動する。ダイヤモンド様炭素膜は、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状態の薄膜であって、炭素同士のｓｐ2及びｓｐ3結合がランダムに存在することによって形成されている。
【００１４】
スタンパ保持面の表面粗さは、スタンパの表面に形成された転写すべきパターンに影響を与えない程度に形成する必要がある。この条件を満足する成形キャビティのスタンパ保持面の表面粗度Ｒａは５０−１００００Å、好ましくは５００−１５００Å、及びＰ−Ｖは１０００Å−１０００００Å、５０００Å−２００００Åである。本発明の実施例では、Ｒａとして１０００Å前後、及びＰ−Ｖとして１００００Å前後を採用した。
ここに表面粗度Ｒａ及びＰ−ＶはＪＩＳによる定義に従ったものである。
【００１５】
前記成形キャビティのスタンパを保持する表面の表面粗度Ｒａが５００−１５００Å、及びＰ−Ｖが表面粗度Ｒａは５０−１００００Å、好ましくは５００−１５００Å、及びＰ−Ｖは１０００Å−１０００００Å、５０００Å−２００００Åである。好ましくはＲａとして１０００Å前後、及びＰ−Ｖとして１００００Å前後を採用する。
【００１６】
本発明で使用するか金型の素材としては、金型鋼があり、例えばステンレス焼結合金であるウッディホルム社製のＥＬＭＡＸ（商品名）やＳＴＡＶＡＸ（商品名）等が使用できる。
【００１７】
ダイヤモンド様炭素膜と金型のスタンパ保持面との間に厚さ約０．０１〜３μｍ程度の密着層を施しても良い。密着層としては例えば特開平４−３４１５５８号公報に記載のＭｏ膜、特開平５−１４２８７５号公報に記載の炭化とケイ素の非晶質膜、特開２０００−１７７０４６号公報に記載の炭化けい素系膜、又はそれとＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒの珪化物のいずれか一種以上の金属膜、特開２０００−１７８７３６号公報に記載のＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒの珪化物のいずれか一種以上、特開２０００−１７８７３７号公報に記載の周期表第５Ａ族金属を主成分とする金属膜とＳｉを主成分とするＳｉ膜の積層膜、特開２０００−１７８７３８号公報に記載の含有酸素勾配を有する無定形ダイヤモンド様炭素膜、などが使用できる。
【００１８】
本発明で使用されるダイヤモンド様炭素膜は、炭素と水素を主成分とし、他の任意成分を含んでよい。好ましくは式ＣＨaＯbＮcＦdＢeＰf（ただし原子比でａ＝０．０５〜０．７、ｂ＝０〜１、ｃ＝０〜１、ｄ＝０〜１、ｅ＝０〜１、及びｆ＝０〜１）で表される組成を有する。
ダイヤモンド様炭素膜の厚さは好ましくは０．０１〜１０μｍ、さらに好ましくは０．０３〜３．０μｍである。
【００１９】
図１は光ディスクの製造に使用される射出成形装置の一例であり、溶融樹脂を、スタンパ（成形母型）を支持した可動金型と固定金型の合わせ面に形成される金型キャビティ内に導入し、加圧し、冷却することにより、成形と同時にスタンパの表面形状を成形品に転写することが行なわれている。金型は可動金型２と固定金型５とより成り、可動金型が閉鎖されたときに成形キャビティ７を形成する。可動金型２のキャビティ７の側の粗面化した表面にはＮｉ等のシート状金属スタンパ１を保持させ、更にその周部を外周リング４で及び／又は内側を内側リング８により押える。外周リング４はキャビティ７の周壁をも構成する。図１は金型が閉じた状態を示し、キャビティ７が形成されている。この状態で、樹脂は供給口３よりゲート部材１２のゲート６を経て所定の成形圧力でキャビティ７に導入されて成形が行なわれ、スタンパ１の転写すべき情報パターン（表面凹凸）が樹脂に転写される。なお成形中に又は成形後にゲートカット部材９の先端部が樹脂中に侵入してゲートカット部１０で光ディスクの中心孔を切り取る。また可動金型及び固定金型には図示しない冷却流路が巡らされていて冷却水がキャビティの周りの金型部分を冷却するようになっている。
【００２０】
本発明に従って、スタンパを支持する可動金型２のキャビティ側の保持面にはショットピーニング、梨地加工処理その他任意の公知技術を使用して上記の所定の平均粗さＲａとＰ−Ｖを有する面１４を形成し、その表面にダイヤモンド様炭素膜１５が金属膜を介在して又は介在しないで一体に被着されている。このため、ダイヤモンド様炭素膜１５の表面は下地の凹凸に従って凹凸を有し、このためスタンパ１は成形時に熱伸縮を繰り返すがダイヤモンド様炭素膜との間は低摩擦であり、スタンパ裏面及び金型の表面にスクラッチを生じないので、スタンパ及び金型の品質を長期にわたり保持することが可能であるだけでなく、同時に空気層がダイヤモンド様炭素膜とスタンパ１との間に形成されて断熱を形成し、その保温作用により成形のサイクル時間を大きく短縮することが可能となり、さらに金型の耐久寿命も大幅に延長できる。
【００２１】
（ダイヤモンド様炭素膜の成膜）
ダイヤモンド様炭素膜（以下「ＤＬＣ膜」）は、プラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法等により形成できるほか、スパッタ法でも形成することができる。
ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、例えば特開平４−４１６７２号公報等に記載されている方法により成膜することができる。プラズマＣＶＤ法におけるプラズマは、直流、交流のいずれであってもよい。交流としては数ヘルツからマイクロ波まで使用可能である。また、「ダイヤモンド薄膜技術」（総合技術センター発行）などに記載されているＥＣＲプラズマも使用可能である。また、バイアス電圧を印加してもよい。
【００２２】
ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、原料ガスには、下記化合物を使用することが好ましい。
ＣおよびＨを含有する化合物として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、エチレン、プロピレン等の炭化水素が挙げられる。
Ｃ＋Ｈ＋Ｏを含む化合物としては、ＣＨ3ＯＨ、Ｃ2Ｈ5ＯＨ、ＨＣＨＯ、ＣＨ3ＣＯＣＨ3等がある。
Ｃ＋Ｈ＋Ｎを含む化合物としては、シアン化アンモニウム、シアン化水素、モノメチルアミン、ジメチルアミン、アリルアミン、アニリン、ジエチルアミン、アセトニトリル、アゾイソブタン、ジアリルアミン、エチルアミン、ＭＭＨ、ＤＭＨ、トリアリルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等がある。
【００２３】
この他、上記の化合物、Ｏ源あるいはＯＮ源、Ｎ源、Ｈ源、Ｆ源、Ｂ源、Ｐ源等とを組み合わせてもよい。
【００２４】
上記原料ガスの流量は原料ガスの種類に応じて適宜決定すればよい。動作圧力は、通常、１〜２００Ｐａ、投入電力は、通常、１０Ｗ〜５ｋＷ程度が好ましい。
【００２５】
ＤＬＣ膜は、イオン化蒸着法により形成してもよい。イオン化蒸着法は、例えば特開昭５９−１７４５０８号公報、特開平２−２２０１２号公報、特開平１０−２０２６６８号公報等に記載されている。ただし、これらに開示された方法、装置に限られるものではなく、原料用イオン化ガスの加速が可能であれば他の方式のイオン蒸着技術を用いてもよい。
【００２６】
イオン化蒸着法においては、真空容器内を１０-4Ｐａ程度までの高真空とする。この真空容器内には交流電源によって加熱されて熱電子を発生するフィラメントが設けられ、このフィラメントを取り囲んで対電極が配置され、フィラメントとの間に電圧Ｖｄを与える。また、フィラメント、対電極を取り囲んでイオン化ガス閉じこめ用の磁界を発生する電磁コイルが配置されている。原料ガスはフィラメントからの熱電子と衝突して、プラスの熱分解イオンと電子を生じ、このプラスイオンはグリッドに印加された負電位Ｖａにより加速される。このＶｄ、Ｖａおよびコイルの磁界を調整することにより、組成や膜質を変えることができる。また、バイアス電圧を印加してもよい。
【００２７】
ＤＬＣ膜をイオン化蒸着法により形成する場合、原料ガスには、プラズマＣＶＤ法と同様のものを用いればよい。上記原料ガスの流量はその種類に応じて適宜決定すればよい。動作圧力は、通常１〜７０Ｐａ程度が好ましい。
【００２８】
ＤＬＣ膜は、スパッタ法により形成することもできる。この場合、Ａｒ、Ｋｒ等のスパッタ用のスパッタガスに加えて、Ｏ2 、Ｎ2、ＮＨ3、ＣＨ4、Ｈ2等のガスを反応性ガスとして導入すると共に、Ｃをターゲットとしたり、Ｃ、Ｎ、Ｏ等を含む混成ターゲット或いは２以上のターゲットを用いてもよい。また、ポリマーをターゲットとして用いることも可能である。このようなターゲットを用いて高周波電力、交流電力、直流電力のいずれかを印加し、ターゲットをスパッタし、これを基板上にスパッタ堆積させることによりＤＬＣ膜を形成する。高周波スパッタ電力は、通常、１０Ｗ〜５ｋＷ程度である。動作圧力は、通常、１０-3〜０．１Ｐａが好ましい。
【００２９】
このようなターゲットを用いて高周波電力を加え、ターゲットをスパッタし、金型のスタンパ保持面にスパッタ堆積させることによりダイヤモンド様炭素膜を形成する。なお、この場合も金型に加えるバイアスは負のバイアス電圧を印加する。バイアス電圧は、直流が好ましい。また、バイアス電圧を印加せずにセルフバイアスを利用してもよい。上記のバイアス電圧は、好ましくは−１０〜−２０００Ｖであり、より好ましくは−５０〜−１０００Ｖである。高周波スパッタ電力は、通常１０Ｗ〜５ｋＷ程度である。動作圧力は、通常０．００１３〜０．１３Ｐａが好ましい。
【００３０】
なお、ダイヤモンド様炭素膜の形成に先立って、金型のスタンパ保持面は鏡面研磨し、ついで粗面化する必要がある。
【００３１】
（密着層の成膜）
本発明では粗面化した金型表面とダイヤモンド様炭素膜との間に密着層を介在させてもよい。このためには、適正な原料を使用し、上記のＤＬＣ膜の成膜と同様な方法により成膜できる。
【実施例】
【００３２】
以下の実施例及び比較例において梨地加工処理及びショットピーニング（金型の硬度と同等の硬さを有するショット球で金型表面を衝撃することにより凹凸を形成する）を採用した。
【００３３】
実施例１
スタンパを保持する鋼鉄製金型のキャビティの壁面を鏡面に研磨し、その表面を梨地処理により表面粗度Ｒａ約１０００Å、Ｐ−Ｖ約１００００Åに処理し、その表面に溶射により０．５ｍｍの厚さのＳｉＣを形成し、その上にダイヤモンド様炭素膜を１．５μｍに形成した。ただし、ダイヤモンド様炭素膜の成膜は、自己バイアスＲＦプラズマＣＶＤ法により、原料ガス：Ｃ2Ｈ4（０．０１７Ｐａ・ｍ3・ｓ-1）、電源：ＲＦ、動作圧：６６．５Ｐａ、投入電力：５００Ｗ、成膜レート：１００ｎｍ／ｍｉｎの条件で成膜した。膜組成はＣＨ0.21であり、炭素膜はダイヤモンド様炭素膜であった。
【００３４】
実施例２
タンパを保持する鋼鉄製金型のキャビティの壁面を鏡面に研磨し、ショットピーニングによりその表面を表面粗度Ｒａ約１０００Å、Ｐ−Ｖ約１００００Åに処理し、その上にダイヤモンド様炭素膜を１．５μｍに形成した。ただし、ダイヤモンド様炭素膜の成膜は、実施例１に記載の方法に従った。
【００３５】
比較例１  
スタンパを保持する金型のキャビティの壁面を鏡面に研磨し、表面粗度Ｒａ約１０００Å、Ｐ−Ｖ約１００００Åに梨地処理したものを比較例１の成形金型とする。
【００３６】
比較例２
スタンパを保持する金型のキャビティの壁面を鏡面に研磨し、次いで表面粗度Ｒａ約１０００Å、Ｐ−Ｖ約１００００Åにショットピーニングしたものを比較例２の成形金型とする。
【００３７】
比較例３
梨地処理しない以外は実施例１の方法によりダイヤモンド様炭素膜を被覆した成形金型を比較例３の成形金型とする。
【００３８】
射出成形
以上の実施例及び比較例で所定の被覆を有する金型を使用して光ディスクの射出成形を行った。
以上の結果を表１に示す。表１において、スタンパ寿命は一枚のスタンパにより成形不良を生じないで成形できた耐用ショット回数であり、金型寿命は１つの金型のスタンパ保持面が使用できなくなるまでの耐用ショット回数である。
【００３９】
【表１】
2005190632.tif 000003
【００４０】
表１の結果から、本発明は従来のような断熱層を使用しないで金型のスタンパ保持面をスタンパの転写特性に影響の出ない範囲で粗面化することにより断熱層を有する成形金型と同等の短いサイクル時間を維持しながらスタンパの寿命を大幅に延ばし、また金型の寿命も大幅に延ばすことができた。また本発明は従来のダイヤモンド様炭素膜を施した成形金型を使用する成形のサイクル時間を大幅に短縮することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の射出成形方法を実施するための射出成形層の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  スタンパ
２  可動金型
３  樹脂供給口
４  外周リング
５  固定金型
６  ゲート
７  成形キャビティ
８  内側リング
９  ゲートカット部材
１０  ゲートカット部
１２  ゲート部材
１４  金型の粗面化したスタンパ保持面
１５  ダイヤモンド様炭素膜
【図１】
2005190632.tif 000004