(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層と、断熱層と、金型母材を積層し、加圧プレートで押圧することによるホットプレスにて断熱金型とする断熱金型製造方法であって、
前記加圧プレートは熱硬化性フィルムからなるスペーサーを介して断熱金型を押圧することを特徴とする断熱金型製造方法。
【請求項２】
前記スペーサーは熱硬化性ポリイミドであることを特徴とする請求項１に記載の断熱金型製造方法。
【請求項３】
前記加圧プレートは前記スペーサーを介して前記金属層を押圧することを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項４】
前記加圧プレートの表面が鏡面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項５】
前記金属層の表面が鏡面であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項６】
前記断熱層が前記金型母材に対して、熱伝導率が低い材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項７】
前記断熱層の厚みが１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項８】
前記断熱層の熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・ｋより小さいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項９】
前記断熱層が熱可塑性フィルムであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項１０】
前記断熱層が熱可塑性ポリイミドであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項１１】
前記金属層の熱伝導率が、前記断熱層よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項１２】
前記金属層の材質がニッケルであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一に記載の断熱金型製造方法
【請求項１３】
３０Ｋｇ／ｃｍ2以上の型締め力でホットプレスされることを特徴と請求項１乃至１２のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項１４】
３００℃以上の加熱温度でホットプレスされることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項１５】
前記金型母材は中心孔を有し、前記金属層、前記断熱層、前記スペーサー及び前記加圧プレートは前記金型母材の中心孔より大きな中心孔を有すると共に、前記金型母材の外形より小さいことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一に記載の断熱金型製造方法。
【請求項１６】
前記金型母材の中心孔の内径に合わせたセンタリングピンを用いてセンタリングした後、ホットプレスされることを特徴とする請求項１５に記載の断熱金型製造方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか一に記載の断熱金型製造方法により作製された断熱金型。
【請求項１８】
金属層と、断熱層と、金型母材を積層し、加圧プレートで押圧することによるホットプレスにて断熱金型とする断熱金型製造装置であって、前記加圧プレートは熱硬化性フィルムからなるスペーサーを介して断熱金型を押圧することを特徴とする断熱金型製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク基板を射出成形するための光ディスク基板成形装置に用いられる断熱金型作製方法およびその作製装置に関し、特に各層間で強い密着性を有し、かつ成形時に剥離することがない断熱金型作製方法および作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク基板は、接合させた一対の金型間に形成されるキャビティ内に溶融した樹脂を射出充填した後、金型を離反させて冷却後の樹脂を取り出すことにより形成される。この場合、一方の金型のキャビティ形成部分には、転写面を備えたスタンパを予め固定しておく。これにより、キャビティ内に充填されて冷却後に固化した樹脂には、スタンパの転写面が転写され、情報記録面が形成される。このような光ディスクの製造に際しては、キャビティ内に充填した樹脂が冷却固定し易いように、金型の温度をキャビティ内に射出充填される樹脂の温度よりも２００℃程度低い温度に設定する、というような処理が一般に行われている。このような金型の温度設定は、転写性と光ディスク基板成形サイクルのタクトアップとのトレードオフの関係により決定される。すなわち、光ディスク基板形成サイクルのタクトアップを図るためには、金型の温度を極力低くすることが有効であるが、金型の温度が低過ぎると転写性が劣化してしまう。その反面、転写性を向上させるためには、金型の温度を高くすればよいが、それでは樹脂がスタンパからの離形に必要な温度に達するまでの時間が長くなり過ぎ、その結果、光ディスクの生産性が低下してしまう。
【０００３】
図４は、一対の金型の間に形成されるキャビティ内に射出充填された樹脂の状態を示す模式図である。
金型の温度が低過ぎると転写性が劣化してしまう理由を、図４に従って説明する。図４に示すように、キャビティ１０２内に射出充填される溶融樹脂１０３は、その流動層１０３ａの部分がキャビティ１０２内に進入して充填される。図４中、樹脂１０３の進行方向を細い矢印で示し、その流動方向を太い矢印で示している。樹脂１０３は、キャビティ１０２内を流動するに伴って、金型１０１に接する部分が金型１０１に熱を奪われて急冷される。このために、金型１０１の温度が低過ぎると、金型の近傍における樹脂１０３はスキン層１０３ｂとなって瞬時に固化する。このようなスキン層１０３ｂが形成されてしまうと、樹脂１０３は図示省略しているスタンパの微細パターンに充分に充填されず、転写不良となってしまう。その結果、信号特性が良好な高品質の光ディスクが形成されなくなる。
【０００４】
従って、金型の温度設定は、転写性と光ディスク基板成形サイクルのタクトアップとのトレードオフの関係により決定される。これに対して、例えば特開平７−１７８７７４号公報、特開平１０−１４９５８７号公報および特開平６−２５９８１５号公報には、金型やスタンパに断熱性を持たせることにより、転写性と光ディスク基板成形サイクルのタクトアップとを共に向上させることができるという提案がなされている。すなわち、特開平７−１７８７７４号公報では、金型においてスタンパの裏面となる位置に着脱式の断熱性金型挿入体を設置したものが開示されている。また、特開平１０−１４９５８７号公報には、金型においてスタンパの下面となる位置にセラミクスによる断熱層を設けたものが開示されている。さらに、特開平６−２５９８１５号公報には、スタンパの表面（転写面）に無電解メッキ法で粒子径が０．１μｍ以下のホリテトラフルオロエチレンを２０〜３０％含有するニッケルメッキ膜を５０〜７０ｎｍの厚みで形成したものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した全ての公報に記載の提案は、転写性と光ディスク基板成形サイクルのタクトアップとを高次元に向上させるものではない。
また、特開平６−２５９８１５号公報に示された提案は、スタンパの転写面に成膜する構成であるため、転写面の微細パターンが損われる、という問題がある。さらに、特開平７−１７８７７４号公報および特開平１０−１４９５８７号公報にそれぞれ開示された提案は、金型自体の設計変更や交換が必要であり、既存の金型設備が無駄になってしまう、という問題がある。
図５（ａ）（ｂ）は、完成した光ディスクと、この光ディスクの基本になる光ディスク基板との形状を示す模式図である。
光ディスク７３は、成形された光ディスク基板７１を用いて製造される。すなわち、図５（ａ）に示すように、光ディスク基板７１の上に、記録層７４、反射層７５、保護層７６および印刷層７７を順に製膜積層することにより、光ディスク７３が製造される。ここで、光ディスク基板７１は、各層７４〜７７が製膜積層されるに従い層積層部分が凹形状となるように反ってしまう。その結果、光ディスク７３は、光ディスク基板７１の初期形状に対して層積層部分の方向に反ることになる。このため、光ディスク基板７１を、図５（ｂ）に示すように層積層面（信号面）と反対面側が凹形状となるように、予め成形しておく、ということが従来より行われている。これにより、各層７４〜７７が製膜積層されるに従って光ディスク基板７１が層積層部分の方向に反り、結果的にフラットな光ディスク７３が製造される。
ここで、光ディスク基板７１は、その射出成形式に温度が高い方の面が凹形状となって反ってしまう。つまり、射出成形後、スタンパが設けられている方の面と可動金型の側の面とで、射出成形時に温度が高くなる方の面が凹形状に反ってしまう。
【０００６】
そこで、本発明の第１の目的は、これら従来の課題を解決し、充分な転写性を得ることができ、かつ光ディスク基板成形サイクルのタクトアップを図ることができ、しかも信号面側が凹型状となるような光ディスク基板の反りを防止できる断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項１）。
また、本発明の第２の目的は、金属層、断熱層、金型母材の間に強い密着性を与えることが可能な断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項２）。
また、本発明の第３の目的は、スタンパ側と同様に成形基板の両面の温度を制御することができ、信号面側が凹形状となるような成形基板の反りを防止し、かつ断熱作用を適正に保つために断熱層の厚みを一定値以下にすることが可能な断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項３）。
また、本発明の第４の目的は、金型側断熱層材料が持つ低熱伝導率を利用し、溶融樹脂充填直後の急冷を抑制できるような断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項６）。
【０００７】
また、本発明の第５の目的は、金属層の表面を鏡面とし、この鏡面を転写面とすることで、表面のファインな成形基板を得ることができる断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項８）。
また、本発明の第６の目的は、金属層と断熱層、および断熱層と金型母材とに充分な密着性を与えることができる断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項１２）。
また、本発明の第７の目的は、鏡面同士の拡散接合を阻止し、鏡面金属層の表面性が阻害されないようにし、またホットプレスにより金属層や金型母材に接着することなく、容易に剥離することができ、リサイクルも可能であるような断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項１７）。
また、本発明の第８の目的は、金属層、断熱層の内外径を金型母材に合わせ込むことが容易な断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項２０）。
さらに、本発明の第９の目的は、高品質な成形基板、光ディスクの作製が可能な断熱金型作製方法および作製装置を提供することにある（請求項２１）。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、▲１▼本発明の断熱金型作製装置は、光ディスク製造工程で、互いに接合されてキャビティを形成する一対の金型と、前記キャビティ内の一側壁面側に配置され、光ディスク基板成形用の転写面と該転写面に沿わせて該転写面以外の部分に断熱性を有するスタンパ側断熱層が設けられた光ディスク基板成形用のスタンパと、前記キャビティにおける前記一側壁面と対面する他側壁面側に該他側壁面に沿って設けられた断熱層を有する断熱金型とを用いた射出成形金型のうち、断熱金型を作製することを特徴としている。
また、▲２▼本発明の断熱金型作製方法は、光ディスク製造工程において、互いに接合されてキャビティを形成する一対の金型と、前記キャビティ内の一側壁面に配置され、光ディスク基板成形用の転写面と該転写面に沿わせて該転写面以外の部分に断熱性を有するスタンパ側断熱層が設けられた光ディスク基板成形用のスタンパと、前記キャビティにおける前記一側壁面と対面する他側壁面側に該他側壁面に沿って設けられた断熱層を有する断熱金型とを用いた射出成形金型のうち、断熱金型を作製する際に、該断熱金型をホットプレス方式で作製することを特徴としている。
【０００９】
また、▲３▼該断熱金型は、断熱層が金型母材に対して、熱伝導率が低い材料により形成されていることを特徴としている。
また、▲４▼該断熱金型は、断熱層の厚みが１５０μｍ以下であることを特徴としている。
また、▲５▼前記断熱金型は、断熱層の熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・ｋより小さいことを特徴としている。
また、▲６▼前記断熱金型は、断熱層が熱可塑性フィルムであることを特徴としている。
また、▲７▼前記断熱金型は、断熱層が熱可塑性ポリイミドであることを特徴としている。
また、▲８▼前記断熱金型は、金型母材に対して、金属層および断熱層をホットプレス方式で貼り合わせることを特徴としている。
また、▲９▼前記断熱金型は、金属層の熱伝導率が、断熱層よりも大きいことを特徴としている。
【００１０】
また、(10)前記断熱金型は、金属層の材質がニッケルであることを特徴としている。
また、(11)前記断熱金型は、研磨ガラスにメタライズして、ニッケル電鋳後、研磨ガラスから剥離することにより得ることを特徴としている。
また、(12)前記断熱金型は、３０Ｋｇ／ｃｍ2以上の型締め力でホットプレスされることを特徴としている。
また、(13)前記断熱金型は、３００℃以上の加熱温度でホットプレスされることを特徴としている。
また、(14)前記断熱金型は、加圧プレートで金属層を押圧してホットプレスされることを特徴としている。
また、(15)前記断熱金型は、金属層を押圧する加圧プレートの表面が、鏡面であることを特徴としている。
【００１１】
また、(16)前記断熱金型は、加圧プレートで押圧される金属層の表面が、鏡面であることを特徴としている。
また、(17)前記断熱金型は、鏡面金属層を鏡面加圧プレートで押圧する際に、スペーサーを介在させてホットプレスされることを特徴としている。
また、(18)前記断熱金型は、スペーサーが熱硬化性フィルムであることを特徴としている。
また、(19)前記断熱金型は、スペーサーが熱硬化性ポリイミドであることを特徴としている。
また、(20)前記断熱金型は、金属層、断熱層、スペーサー、加圧プレートを金型母材の内径より小さく、かつ金型母材の外径より大きくしておき、金型母材の内径に合わせたセンタリングピンを用いてセンタリングした後、ホットプレスされることを特徴としている。
さらに、(21)前記断熱金型は、請求項１ないし２０の機能を包含したホットプレス機により作製されることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例）
以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すホットプレス方式による断熱金型の作製プロセスの状態を示す模式図（断面図）である。
先ず、研磨ガラスを洗浄し、ニッケルスパッタでメタライズした後、スパッタ面を陰極としてニッケル電鋳し、研磨ガラスより剥離することにより、鏡面ニッケル層３５を得る。この鏡面ニッケル層３５、断熱層３６である熱可塑性ポリイミドフィルム、スペーサー３４である熱硬化性ポリイミドフィルム、鏡面加圧プレートを、それぞれ母型金型３７の内径より小さく、外径より大きいプレス機でプレ加工しておく。金型母材３７の断熱層の貼り付け面は、アルカリ・酸脱脂を前処理として行い、鏡面ニッケル層３５の断熱層３６の貼り付け面は、濃硝酸でエッチングを前処理として実施する。ホットプレス機の下側加熱板３１上に金型母材３７をセットして、金型母材３７の中央部にセンタリングピン３２を差し込む。センタリングに合わせて断熱層３６、鏡面ニッケル層３５、スペーサー３４、鏡面加圧プレート３３をセットする。
【００１３】
図２は、本発明の一実施例を示す完成後の断熱金型の作製プロセスの状態を示す模式図（断面図）である。
図１の処理の後、センタリングピン３２を取り除き、上側加熱板３１を下降させて、加熱および加圧を開始する。昇温速度７℃／ｍｉｎで３５０℃まで加熱し、３５０℃で５０Ｋｇ／ｃｍ2となるように型締め力を調節していく。３５０℃、５０Ｋｇ／ｃｍ2で１０分保持した後、冷却を開始し、約９０分で常温に達する。加圧を解除して、取り出される断熱金型ブランク（鏡面ニッケル層３５′＋断熱層３６′＋金型母材３７′）の鏡面ニッケル層３５′、断熱層３６′の内外径を金型母材３７′に傚（なら）うように加工することにより、断熱金型が完成する。
【００１４】
図３は、本発明の一実施例を示す光ディスク基板成形装置の縦断側面図である。
この光ディスク基板成形装置５１は、一対の金型を構成する固定金型５２と可動金型５３とを主要な構成要素とする。固定金型５２は位置不動に固定配置され、この固定金型５２に対して可動金型５３が接離自在に取り付けられている。また、これらの固定金型５２と可動金型５３との接合部分の間には、空胴状のキャビティ５４が形成され、このキャビティ５４内には光ディスク基板成形用の断熱層を内包したスタンパ（断熱スタンパ）１が、その転写面５をキャビティ５４に対面させて収納保持されている。
光ディスク基板成形装置５１を、さらに詳細に説明する。固定金型５２には、キャビティ５４の形成部分に位置して固定コア５５が設けられ、また可動金型５３には、キャビティ５４の形成部分に位置して金型母材（可動コア）５６が設けられている。このような構成の下に、断熱スタンパ１は、固定コア５５に沿ってキャビティ５４内に収納保持されている。
【００１５】
また、成形される光ディスク基板７１（図５参照）の中心に位置して、固定金型５２の固定コア５５には固定ブッシュ５７が、可動金型５３の金型母材５６には可動ブッシュ５８が、それぞれ設けられている。そして、固定ブッシュ５７には、固定金型５２を貫通する固定側スプル５９が固定され、可動ブッシュ５８には、可動金型５３を貫通する可動側スプル６０が固定されている。また、可動ブッシュ５８の部分において、可動側スプル６０の先端にはカットパンチ６１が設けられている。このカットパンチ６１は、光ディスク基板７１の中心に中心孔７２を穿（うが）つものである（図５参照）。
図３に示すように、本実施例の光ディスク基板成形装置５１では、金型母材５６の上に金型側断熱層６２、鏡面金属層６３がホットプレス方式により積層形成され、断熱金型が配設されている。
次いで、図５に示すように、光ディスク７３は、本実施例により成形された光ディスク基板７１を用いて製造される。例えば、光ディスク基板７１の上に、記録層７４、反射層７５、保護層７６および印刷層７７を順に製膜積層することにより、光ディスク７３を製造する。
【００１６】
図３において、金型側断熱層６２である熱可塑性ポリイミドフィルムの厚みを２０，５０，１５０，２５０μｍとして成形基板を作製してみた。その結果、金型側断熱層６２の厚みが２０μｍ以上で光ディスク基板７１を図５（ｂ）に示すような層積層面（信号面）の反射面側を凹形状で成形することが容易となり、理想的な形状の光ディスク基板７１を得ることができた。また、図３の断熱スタンパ１により、充分な転写性の確保と光ディスク基板形成サイクルのタクトアップとを高次元で両立させることができた。もっとも、金型側断熱層６２の厚みが２５０μｍになると、光ディスク基板７１は、入射光面側（鏡面側）の温度が高くなり過ぎて、大きな凹形状となる、つまり信号面側が大きな凸形状となるので、図５（ａ）に示すように記録層７４、反射層７５、保護層７６および印刷層７７を順に製膜積層しても、光ディスク基板７１の反り形状を理想的な形状にすることが不可能となる。金型側断熱層６２の熱伝導率は、２５Ｗ／ｍ・ｋより小さくする。また、断熱金型は、金属層の熱伝導率が断熱層より大きくする。
【００１７】
（比較例１）
前述の実施例と同様の方法で、光ディスク基板７１を得る。ただし、断熱スタンパ１のみで、可動側は金型母材をそのまま用いた。その結果、光ディスク基板７１は、ハイサイクルで充分な転写性を確保できるが、スタンパ信号面側温度が高くなり過ぎて、大きな凹形状となり、記録層７４、反射層７５、保護層７６および印刷層７７を順に製膜積層すると、ますます凹形状が増幅され、光ディスク基板７１の反り形状を理想的な形状にすることが不可能となった。
【００１８】
（比較例２）
前述の実施例と同様の方法で、光ディスク基板７１を得る。ただし、可動側断熱金型のみで、スタンパ１は断熱層のない一般的なスタンパをそのまま用いた。その結果、光ディスク基板７１は、スタンパ信号面側温度が低くなることにより、凸形状となり、記録層７４、反射層７５、保護層７６および印刷層７７を順に製膜積層すると、光ディスク基板７１の反り形状を理想的な形状にすることが可能となる。しかし、その反面、ハイサイクルでは転写性が不良であり、転写性を確保させるためにはサイクルタイムの延長が不可欠となるので、その点が問題である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、▲１▼スタンパ側断熱層および金型側の断熱作用により、溶融樹脂充填後、従来より低温金型を用いても、スタンパに接触する樹脂温度が高くなるので、充分な転写性が得られる。その結果、高温の転写温度によって転写性を良好に維持することができ、かつ低い金型温度により光ディスク基板成形サイクルのタクトアップを図ることができる。また、光ディスク基板は、その成形時に温度の高い方が凹形状となって反ってしまうのに対して、スタンパ側断熱層と金型側断熱層との間にキャビティが位置し、キャビティの両側で断熱作用が生じるので、成形する光ディスク基板の両面の温度を制御することができる。従って、信号面側が凹形状となるように光ディスク基板の反りを防止し、この光ディスク基板に基づいて製造される光ディスクの信号面精度を維持することが可能となる（請求項１、２１）。
【００２０】
▲２▼また、各層間に強い密着性を有し、成形時に剥離することがない（請求項２，６，７，８，１２，１３）。
▲３▼また、適正な断熱作用により、光ディスク基板の両面の温度が制御されるので、反り形状を理想的な形状にすることができる（請求項３，４，５）。
▲４▼また、可動金型に断熱作用が働き、光ディスク基板の信号面側の温度を高め、凹形状にすることが可能となる（請求項９，１０）。
▲５▼また、研磨ガラスの表面性を転写したファインな鏡面ニッケル層が得られるので、ラッピングなどの研磨工程を省略することができる（請求項１１）。
▲６▼また、ホットプレスによりニッケル層の鏡面性を損なうことがなく、ファインな表面性を維持することができる（請求項１４，１５，１６）。
▲７▼また、加圧プレートとニッケル層の鏡面同士の拡散接合を阻止し、ファインな鏡面ニッケル層を維持することができる（請求項１７，１８，１９）。
▲８▼さらに、金型母材、断熱層、ニッケル層の内外径に同軸度が予め得られているので、金型母材の内外径に傚わせる加工が容易であり、精度も得易い（請求項２０）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すホットプレス方式による断熱金型の作製プロセス状態の模式図（断面図）である。
【図２】本発明により完成した断熱金型を示す模式図（断面図）である。
【図３】本発明の断熱金型を用いた光ディスク基板成形装置を示す縦断側面図である。
【図４】一対の金型の間に形成されたキャビティ内に射出充填された樹脂の状態を示す模式図（断面図）である。
【図５】完成した光ディスクとこの光ディスクの基本となる光ディスク基板の形状を示す模式図（断面図）である。
【符号の説明】
３１…加熱板、３２…センタリングピン、３３…鏡面加圧プレート、
３４…スペーサ、３５…鏡面ニッケル層、３６…断熱層、３７…金型母型、
１…（断熱）スタンパ、５…転写面、５１…光ディスク基板成形装置、
５２…固定金型、５３…可動金型、５４…キャビティ、５５…固定コア、
５６…可動コア（金型母材）、５７…固定ブッシュ、５８…可動ブッシュ、
５９…固定側スプル、６０…可動側スプル、６１…カットパンチ、
６２…金型側断熱層、６３…鏡面金属層、７１…光ディスク基板、
７４…記録層、７５…反射層、７６…保護層、７７…印刷層。
【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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