(57)【要約】【課題】  光ディスクの製造において、スタンパの膨張量・収縮量の差を小さくし、スタンパに反りや変形が生じにくくし、スタンパ寿命を長期化し、スタンパ使用時、求められる光ディスク基板特性を維持することを目的とする。【解決手段】  片面が微細な凹凸パターンを持つ樹脂射出品の樹脂射出成形装置において、前記微細な凹凸パターン面に接して射出品を形成する金型に互いに、隔離した複数層の断熱層を含む多層式スタンパを設置したことを特徴とする光ディスク用基板を成形する金型装置を主たる構成にする。【選択図】  図３
2007001272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の一方の面に、ピット又はグルーブが構成された微細な凹凸パターンを持つスタンパを保持し、もう一方の面は鏡面もしくは平面の形状からなる光ディスク用基板を成形する金型装置において、
前記スタンパとして断熱材を２層内包した構造からなる五層式断熱スタンパを用いて成形することを特徴とする金型装置。
【請求項２】
請求項１に記載の金型装置を用いて成形されたことを特徴とする光ディスク基板。
【請求項３】
請求項１に記載の金型装置を用いて成形することを特徴とする光ディスク基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の金型装置において、内包された２層の断熱層の厚みが異なることを特徴とする多層式断熱スタンパ。
【請求項５】
前記内包された２層の断熱層の材料が異なることを特徴とする請求項４に記載の多層式断熱スタンパ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の多層式断熱スタンパにおいて、前記スタンパのスタンプ面を基準として第４層目または第５層目の少なくとも１つに構成される断熱層の厚みが、５〜３００μｍの範囲であることを特徴とする多層式断熱スタンパ。
【請求項７】
前記多層式断熱スタンパの断熱層の材料の少なくとも一方は、熱硬化性ポリアミドイミドを含有することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の多層式断熱スタンパ。
【請求項８】
前記断熱層はドーナッツ状の薄板に加工して形成され、前記断熱層を有するスタンパは、スタンパ原盤に前記断熱層が貼付して高温・高圧を印加して形成されたことを特徴をとする請求項４から７のいずれか１項に記載の多層式断熱スタンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型装置、光ディスク基板、該基板の製造方法および多層式断熱スタンパに関し、特に、薄板成形品の表面に転写された情報をいずれかの手法を用いて読み取り・追記・書き換えを行う情報記録装置に用いられる薄板のスタンパに刻まれた微細凹凸パターンを光透過性樹脂に転写させる光ディスク基板を製造するための金型装置、この装置によって製造された光ディスク基板、該基板の製造方法および（薄板成形品の表面に転写された情報をいずれかの手法を用いて読み取り・追記・書き換えを行う情報記録装置に用いられる薄板の）多層式断熱スタンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量且つ高速のメモリ媒体として光ディスクが主流となっている。例えば、再生専用型（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）、記録再生型光ディスク及び再書込み可能型ディスク（ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷ）等が知られている。
近年、記録再生型及び再書込み型ディスク関しては、大容量化・高速化の一途を辿っている。それにつれて、光ディスク用基板に求められる品質が厳しくなってきている。
これらの光ディスクを構成する基板は、一般的に樹脂基板（たとえばポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等）が用いられている。
このような基板は、生産性の面から、通常、射出成形法や射出圧縮成形法により成形される。
【０００３】
具体的には、固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティに、環状の金属薄板からなるスタンパを配設し、このキャビティ内に溶融樹脂を射出注入することにより、ピット或いはグルーブから構成された微細な凹凸パターン等を形成した光ディスク基板が成形される。
上述のように、スタンパのピット或いはグルーブから構成された微細な凹凸パターンを溶融樹脂に転写させるためには、溶融樹脂の温度、又は金型キャビティ内表面温度を高く維持し、注入中の樹脂を冷却させにくくすることによって、転写性は向上する。しかしながら、それを行う反作用として、溶融樹脂が固化後に金型から光ディスク用基板を離型するときに剥がれにくくなり、この離型の際などに基板の変形・剥がれ模様の発生等により、光ディスク基板に求められる様々な特性の悪化を招くのが実情である。
【０００４】
これを回避するためにキャビティ内に溶融樹脂を注入した後の冷却時間を長く設定すれば良いが、冷却時間を長く設定すると１枚の光ディスク基板を成形するのに要する時間が長くなり、その結果、光ディスク基板の生産性が低下してしまう。
【０００５】
上記したような相反する課題を解決するために断熱スタンパ製造方法及び製造装置の発明として、後述の発明が提案されている（例えば特許文献１参照）。
上述の相反する問題を解決した製造方法によって作製された断熱スタンパは、光ディスク用基板成形において求められる様々な基板特性を確保し、且つ良好な生産性を保った状態で光ディスク基板成形を行う事が可能である。
しかしながら、上記文献に開示された断熱スタンパ構造では、スタンパを一度使用するとスタンパに反りや変形が生じてしまう。
この反りによって光ディスク基板特性、例えば基板の偏芯量や基板の加速度特性・真円度などを悪化させる傾向がある。また、成形基板離型時にスタンパが金型から外れてしまうなどの生産上での不具合もある。
【０００６】
このような上記不具合を解決する技術として、断熱効果を応用した成形に関する光ディスク基板成形方法の発明が開示されている（例えば特許文献２参照）。
この発明では、ゲートから遠ざかるに従って転写性が低下するという問題認識に基づき、溶融樹脂とスタンパ表面との境界面温度を高温かつ均一に保持するために、スタンパ下面（裏面）にセラミックスによる断熱層を設け、該断熱層の厚さを所定の範囲にするか、若しくはゲートから遠ざかるに従って増加させている。これによって転写性向上と均一性向上を目的とし、金型内に充填された溶融樹脂とスタンパとの境界面温度を高温かつ均一に保持するために、スタンパ下面に熱伝導率の小さいセラミックス層を設けている。
スタンパの裏面に断熱層を形成して、金型内面とスタンパの転写面との間の断熱性を確保するものであるから、後述するように、本発明とは、明らかに製造方法が異なるものである。
【０００７】
また、断熱スタンパの製造方法及び製造装置として、様々な塗布方式により断熱層を形成し、さらにその上にニッケルを電鋳により積層させる方法等の発明が提案されている（例えば特許文献３参照）。
この文献に記載の発明は、三層式の断熱スタンパの製造方法が開示されているのみであり、本発明は、三層式の断熱スタンパ上にさらに断熱層とニッケルを積層させた構造を有するスタンパの反りの低減化を解決しようとした製造方法である。
【特許文献１】特開２００１−３３４５３４号公報
【特許文献２】特開平１０−１４９５８７号公報
【特許文献３】特開２００３−８０５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光ディスク用基板製造方法で要求される転写性や他の特性を確保した上で、さらに生産性を良好に保つ方法として、上述したようなスタンパ構造に断熱層を内包した三層式断熱スタンパの製造方法等の発明が知られている。
しかしながら、現状の断熱スタンパは、一度熱を加えると熱膨張作用により、一般的に使われているスタンパより反りが大きく、変形の大きいスタンパを生じる。この反りや変形は、再使用時に光ディスク基板特性の１つである偏芯量の増加、周方向加速度の悪化、真円度の悪化などの問題点を招いている。
【０００９】
本発明は、上述した実情を考慮してなされたものであって、上述した従来の三層式の断熱スタンパでは、ピット或いはグルーブから構成された微細な凹凸パターンを持つニッケル層（一層目）と、断熱効果を発生させる断熱層（二層目）と、スタンパの土台と成るニッケル層（三層目）からなっているのに対し、本発明は、これを一気に五層式（五層構造の断熱スタンパ）とし、前述で述べた三層式の構造の上に、四層目として断熱層と、五層目としてニッケル層とした構成とした、双方向構造（どちらのスタンパ面でもスタンピング可能）とする。
このことにより、本発明の製造方法により得られたスタンパでは、その膨張量・収縮量の差を小さくし、スタンパに反りや変形が生じにくく、しかもスタンパ寿命を長期化し、スタンパ再使用時に求められる光ディスク基板特性を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、金型の一方の面に、ピット又はグルーブが構成された微細な凹凸パターンを持つスタンパを保持し、もう一方の面は鏡面もしくは平面の形状からなる光ディスク用基板を成形する金型装置において、前記スタンパとして断熱材を２層内包した構造からなる五層式断熱スタンパを用いて成形することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の光ディスク基板の発明は、請求項１に記載の金型装置を用いて成形されたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の光ディスク基板の製造方法の発明は、請求項１に記載の金型装置を用いて成形することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の多層式断熱スタンパの発明は、請求項１おいて、内包された２層の断熱層の厚みが異なることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に記載の多層式断熱スタンパの発明は、請求項４において、前記内包された２層の断熱層の材料が異なることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載の多層式断熱スタンパの発明は、請求項４または５において、前記スタンパのスタンプ面を基準として第４層目または第５層目の少なくとも１つに構成される断熱層の厚みが、５〜３００μｍの範囲であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に記載の多層式断熱スタンパの発明は、請求項４から６のいずれか１項において、前記断熱スタンパの断熱層の材料の少なくとも一方は、熱硬化性ポリアミドイミドを含有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８に記載の多層式断熱スタンパの発明は、請求項４から７のいずれか１項において、前記断熱層はドーナッツ状の薄板に加工して形成され、前記断熱層を有するスタンパは、スタンパ原盤に前記断熱層が貼付して高温・高圧を印加して形成されたことを特徴をとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、片面が微細な凹凸パターンを持つ樹脂射出品を製造するための多層式スタンパを設置した光ディスク用基板を成形する金型装置において、前記微細な凹凸パターン面に接して射出品を形成する金型に、互いに隔離した複数層の断熱層を含む多層式スタンパを設置し、この設置されたスタンパは断熱材を二層内包した構造からなっているので、断熱効果による基板特性の向上、特に転写性の向上と、成形時間の短縮を可能としながら、スタンパの反りを低減し、スタンパ再使用時の基板特性を維持することができ、さらに、使用される前記スタンパの寿命を長期にすることができる。
【００１９】
また、金型の一方の面側ではピット又はグルーブが構成された微細な凹凸パターンを持つスタンパを保持し、他方の面側では鏡面もしくは平面の形状を持つ光ディスク用基板を成形する金型装置に、２層断熱層スタンパを用いて成形されるため、成形時間が短縮され、且つ、転写性や機械特性に優れた基板の製造ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明を実施形態により、詳細に説明する。
図１に五層式断熱スタンパの概略断面図を示す。
図２は所定の信号面（情報を記録可能な区域を有する面状または層状のもの）２Ａが形成された基板２−１、及び、この基板２−１と信号面（情報を記録可能な面または層）を有している略同一形状の基板２−２の前記信号面を内側にして貼り合わされた構成を有している光ディスクの概略の構成を示す断面図である。
この基板１−１を製造する方法として、射出成形機に光ディスク用基板の金型を取り付けて行う方法がある。
【００２１】
図３に示すように、この光ディスク用基板の金型装置は、一方の面側で、ピット又はグルーブが構成された微細な凹凸パターンを持つスタンパ４を保持し、他方の面側で、鏡面８を保持する構成を有する金型装置である。
【００２２】
図３に示す金型装置は、二つの金型装置からなり、基板を成形する為のキャビティ１は、可動側金型の鏡面８と固定側金型のスタンパ４との両側の面を対向させた空間（空隙）として、構成される。上記した二つの金型装置は、ステンレス系金属からなる可動側金型装置２と、固定側金型装置３からなる。そして前記固定側金型装置３には、溶融樹脂に信号面を転写させるスタンパ４が設置されており、この固定側金型装置３には、前記したキャビティ１に、溶融した光透過性樹脂（例えばポリカーボネート）を送り出す為のゲートが連結されるスプルブッシュ５が配設されている。
【００２３】
可動側金型装置２は、最終的にディスク基板の中心部を打ち抜いて（穿孔して）中心孔を形成するためのカットパンチ６が突出推動できるよう構成されている。
固定側金型装置３は、図２に示すような光記録媒体基板の成形時に、信号（信号情報の記録部）に相当する所定の微細凹凸を転写するスタンパ４を、スタンパ押え手段（スタンパ保持機構）７で保持する構成になっている。
【００２４】
光ディスクの成形過程を説明すると、先ず、可動側金型装置２と固定側金型装置３とを略平行に対向するように配置させて、両者間の空隙部（空間部）にキャビティ１を形成する。この状態で、例えば溶融した光透過性樹脂（たとえばポリカーボネート）を、ゲート（図示せず）に送り込む。前記ゲートを介してキャビティ１内に流し込まれた光透過性樹脂は、スタンパ４により所定の信号に相当する微細凹凸（所定の情報を微細凹凸形状によって保持するようにした凹凸形状部）が転写形成された後に降温させて硬化させる。
次いで、カットパンチ６を突出させ、図２に示す基板１−１の中心部（円状基板の中心部）を打ち抜くことによって、中心孔（図示せず）が形成された光ディスク基板が形成される。
【００２５】
本発明に使用される光透過性樹脂（本明細書中、単に「樹脂」ということがある。）は、硬化する際に収縮する性質を有しており、光記録媒体の基板として例えばポリカーボネートなどの光透過性樹脂を使用する場合にも同様となる。前記キャビティ１内に注入された樹脂は、所定の信号面（所定の情報を微細凹凸形状によって保持するために、その前記微細凹凸形状）を転写した後に冷却されて固化される。固定側装置３側でスタンパに記録されている凹凸パターンを転写する為、樹脂が凹凸パターンの形状に沿うように凹凸パターンが転写されて信号面（信号情報保持面）が形成される。この際に、スタンパ４とスタンパ４を押圧することにより成形されたディスクは、スタンパ４との離型時にスタンパ４の凹凸パターンと樹脂の凹凸パターンとが抵抗となり、剥れにくくなる。
【００２６】
また、可動側金型装置２の本体に常設されている可動側金型鏡面８から基板が離型される際にも、可動側金型鏡面８に基板１−１が密着しており、光記録媒体基板成形用金型装置に常設されている空気吹き出し孔９あるいは基板突出し機構エジェクタ１０の少なくとも一方あるいはこれらを併用して基板を離型している。
この際に、離型性を向上させ、基板の変形を低減させようとすると成形時間が長くなり、生産性は悪くなる。基板１−１の生産性を向上させようとすると、離型性が悪くなり、基板の変形が大きくなる。このため、基板特性の悪化を招く。そこで開発されたものが本発明の断熱スタンパ４である。
【００２７】
このような断熱スタンパ４を用いる優位性を説明すると、光ディスク基板は、例えばポリカーボネートのような光透過性樹脂を使用し、射出成形機を用いて金型装置内のキャビティ１内に溶融樹脂を注入することにより成形される。
【００２８】
図４に示すように、流動中の樹脂の流れ２１で金型キャビティ壁面と接触している部分は樹脂の流れの中心部より早く冷却されてしまう。この早く冷却されてしまう部分をスキン層２２というが、溶融樹脂２１は、このスキン層を形成しながらキャビティ内に充填されていく。
【００２９】
スキン層２２は、キャビティ１内の流れの中心部より、金型接触部分２３、２４の樹脂粘度のほうが高くなってしまうために形成される層であって、この層の形成が、ピット又はグルーブの構成された微細な溝形状を転写させにくい１つの要因となっている。
【００３０】
スキン層の形成を低減させる為に、金型温度を高く維持するか又は樹脂の溶融温度を高く維持する必要がある。しかし、金型温度または樹脂温度を高く設定すると、成形後の基板を金型より離型する際に離型性が悪化し、あるいは（それと共に）光ディスク成形基板の機械特性が悪化する。スキン層の形成の低減と、離型性が悪化し、あるいは（それと共に）機械特性の悪化との兼ね合いを含めた上で成形条件を決定する必要がある。この設定は、通常、困難である。
【００３１】
これに対し、本発明では、金型の一方の面側に断熱層を内包した断熱スタンパを取り付けることにより、金型の断熱スタンパが取り付いている側では、断熱効果により樹脂がスキン層を形成しにくくなり、これによって、スタンパ面上に有るピット又はグルーブが構成された微細な凹凸パターンを確実に溶融樹脂に転写させる事を可能としている。さらに、このようにすることにより金型温度の調整幅が広くなり、低温金型成形が可能となった。
光ディスク成形での金型温度は、一般的に１００℃〜１３０℃程度の範囲であり、断熱スタンパを使用すると、本発明では、５０〜１００℃の範囲にまで下げることができる。すなわち、従来の方法に比して、３０〜８０℃の低下（２３〜８０％の温度低下）を金型温度として実現することができた。
【００３２】
本発明のスタンパ４の転写性は一般的なスタンパと同等な性能を維持しており、尚且つこの金型温度が上記したように下がることは、光ディスク成形における基板特性に非常に有利となる。これにより十分満足のいく基板特性を確保でき、１枚の光ディスク基板を成形するのに要する時間を短縮しながら、少なくとも同等か、それを超えるような優れた品質を有する基板が得られ、生産性の向上、あるいは生産後の基板の機械的強度などの安定性が飛躍的に向上することができる。
【００３３】
さらに、断熱層が２層内包されている断熱スタンパにおいて、２層の断熱層厚みに差を設けることにより、スタンパの反り及び変形を低減させることができる。
【００３４】
また、本発明によれば、５層式断熱スタンパにおいて、４層目断熱層の厚さを５〜３００μｍとしているので、層の厚みを調節することができ、スタンパの熱膨張量の低減されたスタンパの作製をすることができる。
【００３５】
断熱スタンパの構造について説明すると、本発明のスタンパは、５層構成を採っている。これらは、ピット又はグルーブが構成された微細な凹凸パターンを持つ、例えば厚さ２５μｍの第一の層であるニッケル層と、断熱効果を発生させる、例えば厚さ３４μｍの第二の層である断熱層と、スタンパの土台となる第三の層である第二ニッケル層と、さらに、第四の層である断熱層と、第五の層であるニッケル層とからなる。前記第四の層も前記第一の層であるニッケル層と同等程度の厚さ、たとえば５〜１００μｍの範囲に調節できるようにする。これによって、スタンパの伸縮量をできる限り同じにすることができ、スタンパの反りを低減することができる。
【００３６】
また、本発明によれば、スタンパの断熱層を、熱硬化性物質ポリアミドイミドをドーナッツ状の薄板に加工してスタンパ原盤に貼ることを特徴としているので、断熱効果・耐熱性・耐磨耗性の共に優れた断熱スタンパが作製でき、余分なポリアミドイミドが発生せず、且つ現在のスタンパ生産方法よりも簡易な製造方法を提供する事ができる。
また、スタンパの断熱層を予めドーナッツ状に薄板加工しておくことにより、半径方向で任意の位置から断熱層を構成させることができる。
【００３７】
断熱層に使用される断熱剤は、熱硬化性物質のポリアミドイミドが断熱効果・耐熱性・耐磨耗性に優れているため、最も良好な結果が得られている。このようなポリアミドイミドを断熱層に含有することが好ましく、このような断熱層として、ポリアミドイミド樹脂以外の樹脂を含有させてもよい。また、ポリアミドイミド樹脂に、シリカなどを配合してハイブリッド樹脂を断熱層とすることもでき、このハイブリッド樹脂に、場合によっては、さらに無機充填剤などを加えることもできる。さらに、ポリアミドイミド・ビスマス・セラミクスなども断熱層として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の五層式断熱スタンパの層構成の例を示す概略断面図である。
【図２】貼り合わせ型の光ディスクの一例の部分断面図である。
【図３】本発明の光ディスク成形方法に用いる金型装置の断面図である。
【図４】金型キャビティ内の樹脂の流れを説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    キャビティ
１−１    光ディスク基板
２    可動側金型装置（可動側金型装置本体）
２−１    基板
２−２    基板
２Ａ    信号面
３    固定側金型装置（固定側金型装置本体）
４    スタンパ
５    スプルブッシュ
６    カットパンチ
７    スタンパ保持機構
８    可動側金型鏡面
９    空気吹き出し孔
１０    エジェクタ
１１    ディスク最外周面形成素材
２１    流動中樹脂
２２    スキン層
２３    樹脂とキャビティスタンパとの接触部
２４    樹脂とキャビティ鏡面との接触部
１Ｂ，１Ｅ    断熱層
１Ｄ    中心孔
【図１】
2007001272.tif 000003
【図２】
2007001272.tif 000004
【図３】
2007001272.tif 000005
【図４】
2007001272.tif 000006