JP2004322358A - 成形用金型及び金型保護板 - Google Patents

Abstract

【課題】光ディスク等の成形コストを引き下げることができる成形用金型及び金型保護板を提供する。
【解決手段】可動側金型１１０に、金型保護板１４０を挟んでスタンパ１５０を取り付ける。そして、固定側金型１２０との間に形成されるキャビティ１６０に、高温・高圧の溶融した樹脂を流し込む。キャビティ内に流し込まれた樹脂は、スタンパの凹凸に入り込み、スタンパの凹凸を写し取った形状となって冷却し固化する。この過程で、スタンパ１５０には、半径方向の摺動が起こるが、この摺動は金型保護板１４０が受けることになり、可動側金型１１０は全く摩耗することがなくなる。金型保護板が摩耗した場合は、新しい金型保護板と交換するが、この作業は金型の交換作業に比べ非常に簡単にできる。また、金型保護板は安価なので、光ディスクの製造コストを引き下げることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、シングルＣＤ、レーザディスク、ビデオディスク等の光ディスクの成形に適した成形用金型と、この金型に使用される金型保護板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種のプラスチック材から光ディスクを成形する方法として、図４に示されるような成形装置を用いたものが一般的に知られている。図４に示す成形装置は、可動側金型１１と固定側金型１２及び外周リング状金型１３とからなる金型を有し、これらの金型間にキャビティ１４を形成する。可動側金型１１には、光ディスクの原盤となるスタンパ１５が取り付けられている。スタンパ１５の外周には、外周リング状金型１３が配置され、この外周リング状金型１３によってキャビティ１４の周壁が画定される。固定側金型１２の中心には、ゲート部材１６があり、その中心にゲート１７が貫通形成されている。可動型金型１１の中心には、ゲート部材１６と対向してゲートカット部材１８が設けられ、その先端縁がゲートカット部１８ａとなっている。外周リング状金型１３と固定側金型１２との間には、キャビティ１４内のエア抜きをするエアベント部１９がある。
【０００３】
光ディスクの原盤となるスタンパ１５は、次のようにして形成される。まず、厚さ６ｍｍ程度のガラス円板の表面に薄いフォトレジストを塗布する。フォトレジスト膜が形成されたガラス円板を回転させながら、光変調器からレーザ光を照射し、記録すべき情報を書き込む。フォトレジスト膜は、レーザ光の照射された部分が剥離され、ピットが形成される。この上にＮｉによる電鋳層を形成し、この電鋳層をガラス円板から剥がしてＮｉのスタンパ１５とする。
【０００４】
光ディスクは高精度が要求されるので、可動側金型１１及び固定側金型１２は鋼から製作して焼き入れし、その表面１１ａ，１２ａには硬質メッキを施し、高精度に鏡面研磨したものが使用されている。
【０００５】
樹脂供給口２０から溶融したポリカーボネートなどの樹脂が供給され、ゲート１７を通ってキャビティ１４内に充填され、冷却・固化されることで、スタンパ１５の凹凸とは反転した凹凸の付いた光ディスクが形成されることになる。
【０００６】
前記のような金型を用いて成形を行う場合、流し込まれた樹脂がキャビティ１４に充填される際に、スタンパ１５には、樹脂の粘性によりスタンパ１５の半径方向に働く引っ張り応力や、加熱及び冷却が繰り返される温度による熱応力が作用する。一方、可動側金型１１には、前記樹脂の粘性による引っ張り応力は作用しない、また、可動側金型１１に加わる熱応力はスタンパ１５に比べて小さくなる。よって、これらの応力により、可動側金型１１とスタンパ１５との間には光ディスクの半径方向に摩擦力が発生し、スタンパ１５と可動側金型１１とは接触部分で摩耗が発生する。この摩耗は一般に凝着摩耗と呼ばれるもので、可動側金型１１又はスタンパ１５を掘り起こす摩耗である。
【０００７】
前記したように、金型の表面には硬質メッキが施され、耐摩耗性を上げられるようになっているが、繰り返し成形を行うとスタンパ１５は摩擦によりショット毎に損傷を受ける。損傷がある程度大きくなると、製造された光ディスクにエラーを生じる。したがって、損傷が大きくなってエラーが発生するようになると、スタンパ１５の寿命ということになる。
【０００８】
この問題に対し、従来は、可動側金型１１の表面１１ａにＴｉＮ，ＴｉＣＮを用いた硬質保護膜を形成し、鏡面研磨することで摩耗の影響を小さくするようにしていた。これによって、通常の硬質メッキよりも可動側金型１１の寿命を伸ばし、延いてはスタンパ１５の寿命をも伸ばすことが可能となる。
【０００９】
しかし、これでも限度があり、光ディスク等のような量産品を製造する場合、途中で金型やスタンパを交換する必要が生じ、金型代、スタンパ代に加えて交換作業に基づく工賃も掛かり、光ディスクの製造コストが上がる原因となっていた。そのため、ランニングコストの低下、生産効率の向上を図る上から耐磨耗性に優れた保護膜を有する金型が望まれてきた。
【００１０】
このような要請に対し、特許文献１（特許第２７９４２８９号）では、金型の耐磨耗性を向上させるために、ダイヤモンド状薄膜（ＤＬＣ）を被覆した金型を提案している。これによって、ＴｉＮコーティングの数十倍の寿命を得ることができる。また、金型の摩耗が減少することで、スタンパの寿命も延びることになる。
【００１１】
しかし、ＤＬＣは超硬合金、ステンレス鋼、鉄材、あるいはアルミニウム系材料に対する密着力が弱く、耐久性の点で問題があり、とりわけスタンパを載置する金型の表面処理に用いた場合、スタンパの寿命を延ばすことが困難であった。
【００１２】
この問題に対し、特許文献２（特開平１０−４４１６０号）では、成形金型のキャビティに面する表面に所定の組成比のＳｉ＋Ｃ＋Ｈ、あるいはこれにＮまたはＯを含有する保護膜を形成する構成を提案している。この保護膜は金型にＤＣバイアス電圧、あるいはセルフバイアスを印加し、プラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法、スパッタ法などで形成することができる。
【００１３】
このようにして形成された保護膜は、ＴｉＮ，ＴｉＣＮを用いたものに比べ耐久性、耐磨耗性に優れ、また、ダイヤモンド状薄膜（ＤＬＣ）に比較して超硬合金、ステンレス鋼、鉄材等に対する密着力が強く、金型自体の寿命を延ばすことができる。
【００１４】
同時にポリカーボネート等を用い、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、レーザディスク、ビデオディスク、レコードあるいはプラスチックレンズ等々の成形に使用した場合、ＤＬＣよりも硬度が低いにもかかわらず、予想外に耐磨耗性が向上し、裏面の粗れているスタンパ（スタンパの裏面は、通常Ｒｍａｘ＝０．５〜５μｍ程度である）の摩擦による劣化を抑制してスタンパの長寿命化を図ることができる。このため、コストダウンと生産効率の向上を図ることができることになった。
【００１５】
【特許文献１】
特許第２７９４２８９号 公報 公報第２ページ第２９〜３１行
【００１６】
【特許文献２】
特開平１０−４４１６０号 段落００１１，００１２
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の金型は寿命は延びるが、金型に硬質保護膜を形成する表面処理に時間と費用が掛かり、コストダウンの効果が少ない。寿命がきて表面が荒れた金型は、硬質保護膜を剥離して再研磨することで再生が可能であるが、そのための作業や費用もかなり掛かる。
【００１７】
本発明は、このような事情から考えられたもので、光ディスク等の成形コストを引き下げることができる成形用金型と、この金型に使用される金型保護板を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明の成形用金型は、可動側金型と、固定側金型とを有し、これらのいずれか一方の表面にスタンパを支持可能な成形用金型において、前記スタンパを支持する金型に、金型保護板を着脱可能に設けたことを特徴としている。
【００１９】
前記金型保護板に１以上の貫通孔を穿設し、金型保護板を支持する金型に前記貫通孔と重なる吸引溝を形成し、該吸引溝から空気を吸引する減圧手段を設け、前記吸引溝と貫通孔を介して前記スタンパを金型に吸着可能な構成とすることができる。
【００２０】
前記吸引溝の外縁が前記金型保護板を支持する金型の外縁より内側に配置され、金型の外径より小さい径のスタンパを吸着可能とした構成としてもよい。
【００２１】
前記金型保護板の少なくとも前記スタンパと接触する面に硬質保護膜を形成した構成としたり、前記金型保護板が、Ｓｉウエハである構成としたり、前記金型保護板が、ＳｉＣウエハである構成とすることができる。
【００２２】
前記目的を達成するために本発明の金型保護板は、可動側金型と、固定側金型とを有し、これらのいずれか一方の表面にスタンパを支持可能な成形用金型に使用され、前記スタンパを支持する金型に着脱可能に支持されることを特徴としている。
【００２３】
前記金型保護板が円板で、１以上の貫通孔を有し、金型保護板を支持する金型に形成された吸引溝から空気を吸引することによって、スタンパを金型に吸着可能とした構成としたり、前記貫通孔が金型保護板の外径より内側に設けられ、金型の外径より小さい径のスタンパを吸着可能な構成としたり、金型保護板がＳｉウエハ或いはＳｉＣウエハである構成としたりすることができる。
【００２４】
【作用】
可動側金型又は固定側金型に、金型保護板を挟んでスタンパを取り付ける。そして、両金型の間に形成されるキャビティに、高温・高圧の溶融した樹脂を流し込む。キャビティ内に流し込まれた樹脂は、スタンパの凹凸に入り込み、スタンパの凹凸を写し取った形状となって冷却し固化する。この過程で、スタンパには、半径方向の収縮が起こるが、この収縮による摺動は金型保護板が受けることになり、金型は全く摩耗することがなくなる。金型保護板が摩耗した場合は、新しい金型保護板と交換するが、この作業は金型の交換作業に比べ非常に簡単にできる。また、金型保護板は金型より遙かに安価なものなので、費用の負担も軽くなって、光ディスクの製造コストを引き下げることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面によって説明する。
図１は本発明の成形装置の構成を示す断面図である。本発明の成形装置１００は、可動側金型１１０、固定側金型１２０、外周リング状金型１３０、金型保護板１４０、スタンパ１５０、キャビティ１６０、ゲート１７１を備えたゲート部材１７０、ゲートカット部１８１を有するゲートカット部材１８０及び樹脂供給口１９０とを有する。外周リング状金型１３０と固定側金型１２０との間には、キャビティ１６０内のエア抜きをするエアベント部１６１がある。金型保護板１４０を除く各部の構成は従来例で説明したのと共通する部分が多いので、以下では、相違する部分を中心に説明する。
【００２６】
図２は、可動側金型１１０の表面１１０ａの図である。可動側金型１１０の中央には、ゲートカット部材１８０が挿通される孔１１０ｂがあり、この外側には、環状の吸引溝１１１が形成され、吸引溝１１１の底には複数の吸引口１１２が穿設されている。この吸引口１１２は、可動側金型１１０を貫通し、図示しない真空ポンプなどの吸引装置に接続されている。
【００２７】
図３は、金型保護板１４０の図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。金型保護板１４０は円形の板状で、中央にゲートカット部材１８０が挿通される孔１４１が穿設され、その周囲に６つの貫通孔１４２が穿設されている。この金型保護板１４０は、中央の孔１４１が、可動側金型１１０の孔１１０ｂに重なるようにして表面１１０ａ上に重ねられる。そして、重ねたとき、金型保護板１４０の６つの貫通孔１４２の全てが、可動側金型１１０の吸引溝１１１と重なるような位置関係となっている。重なり方は、図１に示すように、貫通孔１４２の全体が吸引溝１１１上に重なる形態に限定されず、貫通孔１４２の一部が吸引溝１１１と重なればよい。
【００２８】
この実施例では、金型保護板１４０に貫通孔１４２を穿設し、可動側金型１１０に吸引溝１１１を形成したが、逆に、貫通孔１４２を円弧状に細長く形成し、可動側金型１１０には、吸引溝１１１を形成せずに吸引口１１２だけを穿設する構成としてもよい。さらには、可動側金型１１０と金型保護板１４０の双方に貫通孔を穿設し、両貫通孔を重ねる構成としたり、双方の貫通孔を円弧状など細長い形状とし、両者を重ねることでスタンパを吸引する構成としてもよい。
【００２９】
金型保護板１４０の材料としては特に限定されないが、重量が軽いこと、面粗さが高精度に仕上げられていることが重要である。このような観点から、この実施例では、Ｓｉウエハ又はＳｉＣウエハを使用している。Ｓｉウエハや、ＳｉＣウエハは、上記の２つの条件に合致し、しかも、大量に供給されるものであるため、安価である。特に表面の研磨状態は、金型表面の鏡面仕上げされた精度より１桁近く高精度に仕上げられている。したがって、光ディスクの成形に用いても精度的には全く問題とならない。
【００３０】
可動側金型１１０と固定側金型１２０とを離反した状態で、可動側金型１１０の表面１１０ａに金型保護板１４０を取り付け、その外側からスタンパ１５０を重ねる。そして、図示しない真空装置で吸引口１１２内を吸引する。これによって、吸引口１１２→吸引溝１１１→金型保護板１４０の貫通孔１４２と吸引力が伝達され、スタンパ１５０が可動側金型１１０に吸着され、固定されることになる。
【００３１】
図１は、可動側金型１１０が固定側金型１２０に向かって移動して所定の形状のキャビティ１６０を形成した状態を示す。高温、高圧の溶融樹脂は、樹脂供給口１９０からゲート１７１を通ってキャビティ１６０内に入り、キャビティ１６０内に充填される。このときキャビティ１６０内の空気は入れ替わりにエアベント部１６１から外部に排出される。この後、キャビティ１６０内の樹脂は冷却されて固化する。固化が完了したら、金型を開き、キャビティ１６０内に形成された光ディスクを取り出す。
【００３２】
溶融樹脂の温度は約３６０℃で、圧力は４０ＭＰａ程度である。したがって、スタンパ１５０はこの熱により膨張し、前記の圧力で押圧された状態で金型保護板１４０の表面１１０ａを滑動する。金型保護板１４０が、ＳｉウエハやＳｉＣウエハからなる場合、ＴｉＮ等の硬質保護膜より柔らかいことから摩耗し易い。しかしながら、金型保護板１４０は、簡単に交換できるので、摩耗したら予備のものと交換すればよい。
【００３３】
さらには、ＳｉウエハやＳｉＣウエハの表面に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＤＬＣ等の硬質保護膜を形成し、研磨して所望の面粗さにしたものを使用することもできる。硬質保護膜を形成するのは、スタンパ１５０と接触する面だけでもよいが、両面に形成してもよい。
【００３４】
金型保護板１４０の板厚であるが、光ディスク成形中の温度や圧力で問題無く使用できる厚さである。たとえば、ＳｉウエハやＳｉＣウエハの場合、０．５〜５ｍｍ程度が望ましい。０．５ｍｍ未満では、薄すぎて割れる可能性がある。５ｍｍを越えると、吸着力に対して重くなりすぎ、位置が不安定になるからである。実施例では３ｍｍのものを使用した。
【００３５】
金型保護板１４０の重さは、軽い方が望ましい。減圧手段で吸引した場合、軽いほど強く吸着固定され、位置ずれが生じないからである。逆に重いと、減圧手段による吸引では力が不足し、成形作業中に位置ずれが生じてしまうおそれがある。
【００３６】
このような条件に合うものとしては、前記のＳｉウエハやＳｉＣウエハを例示することができる。Ｓｉウエハは、軽量であるという特徴がある。一方、ＳｉＣウエハはＳｉウエハに比べて重くなるが、熱伝導性に優れており、溶融した樹脂の固化を早くすることができる。また、ＳｉウエハやＳｉＣウエハ以外のものとして、アモルファスカーボンを使用することもできるが、勿論これらに限定されるものではなく、多様な素材を使用することが可能である。
【００３７】
光ディスクには、音楽用のＣＤにおける、通常のＣＤと、シングルＣＤというように径の異なるものがある。従来の製造方法では、それぞれ金型を交換して製造していた。そのため、ＣＤからシングルＣＤへの切り替えや、その逆の切り替えをするために、長時間製造装置を停止して交換作業を行っていた。
【００３８】
これに対し、本発明の製造装置では、金型を交換せず、スタンパのみを交換することで、ＣＤからシングルＣＤへの切り替えや、その逆の切り替えが可能になった。以下にその説明をする。
【００３９】
図１に示すスタンパ１５０が通常のＣＤ用のものとする。このときのスタンパ１５０の直径は図に示すようにＤである。吸引溝１１１の外周直径ｄを、シングルＣＤのスタンパの直径より小さくしておけば、この成形用金型は、シングルＣＤ用のスタンパを吸着することができる。そして、キャビティ１６０内に溶融した樹脂を流し込めば、シングルＣＤが成形できることになる。ただし、キャビティ１６０の大きさは通常のＣＤの大きさになったままなので、外側の余分な部分は成形後にカットすることになる。
【００４０】
従来の成形用金型で同じことを行うと、径の小さいシングルＣＤを成形する際、径の小さいスタンパの外周の位置で金型が摩耗して通常のＣＤの成形ができなくなってしまう。これに対し、図１の成形用金型であれば、金型保護板１４０を用いるので、金型には全く摩耗が生じず、通常のＣＤの成形に簡単に切り替えることが可能となる。すなわち、図１に示す成形用金型は、１つの金型で、複数サイズのＣＤを成形することができるのである。
【００４１】
以上に示す本発明の実施例において、スタンパ１５０は可動側金型１１０に保持させたが、固定側金型１２０に保持させてもよい。その場合、金型保護板１４０は、スタンパ１５０と固定側金型１２０との間に設けられ、吸引溝１１１も固定側金型１２０に形成することになる。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の成形用金型は、可動側金型と、固定側金型とを有し、これらのいずれか一方の表面にスタンパを支持可能な成形用金型において、前記スタンパを支持する金型に、金型保護板を着脱可能に設けた構成なので、金型の摩耗を殆ど皆無に近くまで減少させ、金型とスタンパの寿命を延ばすことができる。金型の代わりに金型保護板が摩耗するが、金型保護板のみを新しいものと交換すればよい。この部分は安価であり、交換作業も金型の交換と比べ、格段に簡単にできる。
【００４３】
前記金型保護板に１以上の貫通孔を穿設し、金型保護板を支持する金型に前記貫通孔と重なる吸引溝を形成し、該吸引溝から空気を吸引する減圧手段を設け、前記吸引溝と貫通孔を介して前記スタンパを金型に吸着可能な構成とすれば、スタンパをより強力に金型に固定することができる。
【００４４】
前記金型保護板の少なくとも前記スタンパと接触する面に硬質保護膜を形成した構成とすれば、金型保護板の摩耗を減らし、寿命を延ばすことができる。
【００４５】
金型保護板をＳｉウエハで形成すれば、軽量・安価でしかも高精度に鏡面仕上げされた金型保護板を得ることができる。
【００４６】
金型保護板をＳｉＣウエハで形成すれば、Ｓｉウエハに比べ熱伝導度のよい金型保護板を得ることができ、溶融した樹脂を早期に硬化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形用金型を使用した成形装置の断面図である。
【図２】可動側金型の表面を示す図である。
【図３】金型保護板を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】従来例の成形装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１００ 成形装置
１１０ 可動側金型
１１１ 吸引溝
１２０ 固定側金型
１４０ 金型保護板
１４２ 貫通孔
１５０ スタンパ

Claims (8)

1. 可動側金型（１１０）と、固定側金型（１２０）とを有し、これらのいずれか一方の表面にスタンパ（１５０）を支持可能な成形用金型において、前記スタンパを支持する金型に、金型保護板（１４０）を着脱可能に設けたことを特徴とする成形用金型。
2. 前記金型保護板を支持する金型に減圧手段を設け、該減圧手段により前記スタンパ（１５０）を金型に吸着可能としたことを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
3. 前記金型保護板に１以上の貫通孔（１４２）を穿設し、金型保護板を支持する金型に前記貫通孔と重なる吸引溝（１１１）を形成し、該吸引溝から空気を吸引する減圧手段を設け、前記吸引溝（１１１）と貫通孔（１４２）を介して前記スタンパ（１５０）を金型に吸着可能としたことを特徴とする請求項１又は２記載の成形用金型。
4. 前記吸引溝の外縁が前記金型保護板を支持する金型の外縁より内側に配置され、金型の外径より小さい径のスタンパを吸着可能としたことを特徴とする請求項３記載の成形用金型。
5. 前記金型保護板の少なくとも前記スタンパと接触する面に硬質保護膜を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成形用金型。
6. 前記金型保護板が、Ｓｉウエハであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の成形用金型。
7. 前記金型保護板が、ＳｉＣウエハであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の成形用金型。
8. 可動側金型（１１０）と、固定側金型（１２０）とを有し、これらのいずれか一方の表面にスタンパ（１５０）を支持可能な成形用金型に使用され、前記スタンパを支持する金型に着脱可能に支持されることを特徴とする金型保護板。

Images