JP2006007690A - ディスク成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ディスクの内周部の温度を上昇させることなく外周部の転写率を向上させ、ピットやグルーブの変形が生じ難く且つ成形サイクルを短縮させて生産効率を向上させるディスク成形金型を提供する。
【解決手段】 本発明のディスク成形金型１００は、可動金型５および固定金型３とからなり、金型１００内に形成された空隙部１３に樹脂材料を射出することによって光ディスク成形品を成形する。情報記録溝を有するスタンパ１１が取り付けられる側の金型３において、スタンパ１１の外周部が接する金型ミラー面３ｄと金型温度調節用配管路２５の間に空間層８３を設け、また必要に応じて空間層８３に所定の温度に加熱された熱風を供給して、ディスク外周部の温度をディスク内周部の温度よりも高くする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ディスク成形金型に関し、より詳細には、光学特性に優れた光ディスクを成形することができるディスク成形金型に関する。

一般的に、光ディスク（成形基板）は溶融した熱可塑性樹脂を金型に形成された空隙部に射出した後、金型内にて冷却することにより成形されている。図４は、このような光ディスク成形金型の要部拡大図である。図４に示すように、光ディスク成形金型１は、固定金型３と可動金型５とを具備し、固定金型３は位置不動に支持されており、可動金型５は固定金型３に対して離接自在（図４においては上下方向に移動自在）に配設されている。

固定金型３は、外周部に固定側位置決め部材７を備えると共に、中央部に樹脂材料を射出するためのノズル孔９ａが設けられたノズル９が配置されている。ノズル９には、溶融された熱可塑性樹脂を供給するバレル（図示せず）が連結されている。また、固定金型３のミラー面３ａには、情報記録溝が形成された情報原盤であるスタンパ１１が、空隙部１３の一部を構成するように固定されている。より具体的には、スタンパ１１の内周部は、スタンパホルダ１５により固定され、また、スタンパ１１の外周部は、固定金型３に形成された管路３ｂに接続された真空ポンプなどの真空供給源２１により、ミラー面３ａとスタンパ１１の間の空気が吸引されることによりミラー面３ａに吸着している。

可動金型５は、外周部には可動側位置決め部材２３を備えると共に、中央部にパンチ２５が設けられている。そして、可動金型５を移動させて固定金型３に接合させると、可動金型５の可動側位置決め部材２３と固定金型３の固定側位置決め部材７とが嵌合して固定金型３と可動金型５の相対位置が決められると共に、空隙部（キャビティ）１３がスタンパ１１に対向して形成される。また、光ディスク成形金型１には、冷媒が循環される、例えばスパイラル状の流路２５および２７が固定金型３および可動金型５の内部に夫々形成されており、これらの流路２５，２７には冷媒循環用の温調機（図示せず）が連結されている。

光ディスク成形金型１による光ディスク（成形基板）の成形は、可動金型５を固定金型３に一体に接合させて形成されたキャビティ１３内にノズル孔９ａから溶融した樹脂材料（図示せず）を射出し、キャビティ１３に射出された樹脂材料を光ディスク成形金型１とともに冷媒により強制的に冷却する。そして、冷却により樹脂材料を凝固させた後、可動金型５を固定金型３から離間させて開き、光ディスク成形品を取り出すことにより行われる。

上述した光ディスク（成形基板）の成形において、樹脂温度は、射出充填時に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１３内での流動性が高いためスタンパ１１への転写性が向上し、スタンパ１１の凹凸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くなる。また、取出し時に樹脂材料温度が凝固温度以下になっていないと、光ディスク（成形基板）を取出す時に変形し、反りなどが生じて光ディスク特性が悪化するからである。

また、情報読取り時のトレースエラーやＣ／Ｎの低下の一因となる歪の少ない光ディスクを得るためには、キャビティ１３内に射出充填された樹脂材料の冷却速度が光ディスクの全面で同一であることが望ましく、このようなディスク成形金型としては、固定金型および可動金型に設けられた加熱手段と、スプールを冷却するためにスプールブッシュおよびパンチコアに設けられた冷却手段との間に、加熱手段を備え、冷却手段による光ディスクの中心部の冷却を抑制して、光ディスクの冷却速度を全面でほぼ同一とするようにしたものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２１２７６７号公報

図５に赤外線センサで測定した温度分布を写真で示すように、図４に示す従来の光ディスク成形金型１による光ディスクの成形においては、射出充填時の溶融樹脂はキャビティ１３との接触部分から冷却されて固化層が発達するため、また内周部はキャビティ１３に射出充填される高温の樹脂の影響を直接受けるため、光ディスクの内周部と外周部で温度差が生じ、外周部ｃの温度（例えば、１１４．９℃）は内周部ａの温度（例えば、１１９．６℃）より低くなる傾向がある。このため、外周部におけるスタンパ１１のグルーブ（溝）やピットの転写率は低下する。ここで外周部ｃと内周部ａとの間に位置する中周部ｂの温度は１１７．０℃である。

図６は、光ディスクの中心からの距離（Radius）と、転写されたグルーブ深さ（Ｉ）との関係を示したものであり、中心からの距離が４７ｍｍ程度までのグルーブ深さは、略１６０ｎｍと一定であるが、それより外周部においては次第にグルーブ深さが浅くなり、最外周部においては略１００ｎｍまで低下している。即ち、光ディスクの外周部における転写率が低下していることが分かる。

金型温度を従来の温度より高い温度に設定して樹脂の流動性を高めることにより、外周部における転写率を向上させることは可能ではあるが、これによると、内周部の温度が必要以上に高くなって内周部の温度が型開きに必要な凝固温度以下になるまでの冷却に長時間を要し、成形サイクルが長くなって生産効率が低下する問題があった。また、内周部の温度が高いことにより、光ディスクを取出す時にピットやグルーブの形状が変形し、内周部クラウドが生じ易く、光ディスク特性が悪化する虞があった。

また、特許文献１に開示されたディスク成形金型によると、射出充填時の溶融樹脂はキャビティとの接触部分から冷却されるので、光ディスクの内周部に比較して温度が低い光ディスクの外周部の温度に合わせて光ディスクの全面の温度をほぼ同一にすることとなる。換言すれば、光ディスクの全面の温度が低い状態で成形されるのでピットやグルーブの転写率が低下する虞があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、光ディスクの内周部の温度を上昇させることなく外周部の転写率を向上させて、ピットやグルーブの変形が生じ難く、且つ成形サイクルを短縮させて生産効率を向上させるディスク成形金型を提供することを目的とする。

本発明のディスク成型金型は、少なくとも２つの金型で構成され、金型内に形成された空隙部に樹脂材料を射出することによって光ディスク成形品を成形するディスク成形金型であって、情報記録溝を有するスタンパが取り付けられる側の金型において、前記スタンパの外周部が接する金型ミラー面と金型温度調節用配管路の間に空間層を設けたことを特徴とする。

上記構成によれば、情報記録溝を有するスタンパが取り付けられる側の金型において、スタンパの外周部が接する金型ミラー面と金型温度調節用配管路の間に空間層を設けたので、該空間層が断熱層として作用して熱が金型のスタンパ外周部側に蓄熱される。従って、ディスク内周部の温度を上昇させることなく、ディスク外周部の温度を内周部の温度より高い温度に維持することができる。これにより、ディスクの外周部の転写率を向上させてスタンパの凹凸形状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くなる。

本発明のディスク成型金型は、前記空間層に所定の温度に加熱した熱風を供給する熱風供給手段を具備したものを含む。

上記構成によれば、所定の温度に加熱された熱風を空間層に供給することができるため、ディスクの外周部の金型温度を更に高くすることができ、これによって、ディスクの外周部の転写率を更に向上させることができる。

本発明のディスク成型金型は、温度調節された管路内に圧縮空気を流すことにより前記圧縮空気の温度を所定の一定温度に加熱する空気加熱手段を備え、前記空気加熱手段により所定の一定温度に加熱された前記圧縮空気を前記空間層に供給するようにしたものを含む。

上記構成によれば、温度調節された管路内に圧縮空気を流すことにより圧縮空気の温度を所定の一定温度に加熱する空気加熱手段を備え、空気加熱装置により所定の一定温度に加熱された圧縮空気を空間層に供給するようにしたので、スタンパの外周部が接する金型ミラー面の温度を任意の温度に安定して制御することができる。これにより、ディスク外周部の温度を内周部の温度と略同一の温度まで上昇させてディスクの内周部と外周部の温度差を低減させることができる。従って、成形サイクルを長くすることなく、外周部の転写率を向上させて光ディスク特性を向上させることができる。

本発明のディスク成型金型は、前記空気加熱手段が流量調節機構を備え、前記空間層に供給する前記圧縮空気の流速を前記流量調節機構により調整するものを含む。

上記構成によれば、空気加熱手段が流量調節機構を備え、空間層に供給する圧縮空気の流速を流量調節機構により調整するようにしているため、スタンパの外周部が接する金型ミラー面の温度制御を更に容易に行うことができる。これにより、ディスクの転写率を向上させると共に、成形サイクルの短縮が容易に可能となる。

本発明のディスク成形金型によれば、スタンパの外周部が接する金型ミラー面と金型温度調節用配管路の間に空間層を設け、更に空間層に所定の温度に加熱された熱風を供給するようにしたので、ディスク内周部の温度を上昇させることなく、ディスク外周部の温度を内周部の温度より高い温度に、或いは略同一温度に維持することができる。これにより、成形サイクル時間を長くすることなく、ディスクの外周部の転写率を向上させて優れた光ディスク特性を有する光ディスクを成形することができる。また、ディスクの外周部と内周部の温度差を最小に制御してピットやグルーブの変形の発生を低減させることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明のディスク成形金型が適用されるプリプラ式射出成形機の概略構成図、図２は第１実施形態のディスク成形金型の要部縦断面図である。

本発明の射出成形機は、ディスク成形金型１００における固定金型３のディスク外周部に対応するミラー面３ａ、金型温度調節用配管路２５との間に、略ドーナツ円盤状に形成された空間層８３を具備したことを特徴とするものである（図２参照）が、先ず、図１を参照して射出成形機について説明する。この射出成形機５０は、シリンダ５１と、バレル５３と、本発明に係るディスク成形金型１００と、から構成されている。シリンダ５１は、溶融した樹脂材料をディスク成形金型１００のキャビティ（空隙部）１３内に射出するためのものであって、先端（図１においては下端）に樹脂の射出口となるノズル５５を備え、内部のシリンダ室５７内にはプランジャ５９が軸方向に移動可能に収容されている。シリンダ室５７の下部は、バレル５３側から供給される樹脂材料を一時的に貯留する貯留部となっている。

プランジャ５９の上端には、プランジャ５９に作用する力の大きさを検出するロードセル６１と、雌ねじ部（図示せず）を有するスライダ６３とが配設されている。スライダ６３は、連結部材６５を介してプランジャ５９に一体に取り付けられている。スライダ６３の雌ねじ部は、サーボモータ６７の回転軸に固定されたボールねじ６９に螺合しており、ボールねじ６９を回転させることによりプランジャ５９を上下方向に移動させるようになっている。また、スライダ６３は、連結部材６５に形成されたガイド穴（図示せず）がシリンダ５１と基台７１との間に架設された２本のガイドピン７３に摺動自在に嵌合しており、スライダ６３の回転方向の運動が制限されている。サーボモータ６７には、エンコーダ７５が配設されており、サーボモータ６７の回転軸の回転速度や回転角度を検出するようになっている。

制御装置７７は、サーボモータ６７、エンコーダ７５およびロードセル６１と電気的に接続されており、エンコーダ７５により検出されたサーボモータ６７の回転軸の回転速度や回転角度、ロードセル６１により検出されたプランジャ５９に作用する力の大きさなどの検出信号が入力され、その検出信号に基づいた制御信号をサーボモータ６７に出力してサーボモータ６７を制御するようになっている。即ち、制御装置７７は、サーボモータ６７の出力トルクおよびロードセル６１により検出されるシリンダ室５７の貯留部内の樹脂圧力などが所定の値となるようにサーボモータ６７を駆動制御する。

バレル５３は、一端（図１において右端）にシリンダ室５７に連通する供給口７９ａが形成され、内部にスクリュー８１を回転可能に収容するスクリュー室７９が設けられている。スクリュー室７９の外周面には、樹脂材料を溶融するための電気ヒータなどの加熱装置（図示せず）が巻き付けられている。また、バレル５３には、図示しないホッパが配設されており、樹脂材料がホッパからスクリュー室７９に投入される。そして、スクリュー８１を回転させることにより、ホッパからスクリュー室７９に投入され、加熱装置によって溶融された樹脂材料を、供給口７９ａを介してシリンダ室５７に供給するようになっている。

ディスク成形金型１００は、固定金型（上金型）３と可動金型（下金型）５とから構成され、型締めしたとき、固定金型３と可動金型５により光ディスクを成形するためのキャビティ（空隙部）１３が成形される。固定金型３には、キャビティ１３に連通するゲート３ｃが形成されており、シリンダ５１のノズル５５がゲート３ｃに連通して配置されている。

次に、図２を参照してディスク成形金型１００について説明する。尚、以下の実施形態において、ディスク成形金型１００の基本構成およびその基本作用は、図４において既に説明したディスク成形金型１と同様であるので、同一部分には同一符号または相当符号を付して詳細な説明は省略する。

図２に示すように、ディスク成形金型１００は、固定金型３のミラー面３ａに、情報記録溝が形成された情報原盤であるスタンパ１１が、空隙部１３の一部を構成するように固定されている。即ち、スタンパ１１の内周部は、スタンパホルダ１５により固定され、また、スタンパ１１の外周部は、固定金型３に形成された管路３ｂに接続された真空供給源２１により、ミラー面３ａとスタンパ１１の間の空気が吸引されることによりミラー面３ａに吸着して固定されている。ミラー面３ａのスタンパ外周部が接する部位３ｄと金型温度調節用配管路２５の間には、略ドーナツ円盤状に形成された空間層８３が設けられている。

本実施形態のディスク成形金型１００による光ディスクの成形は、可動金型５を固定金型３に一体に接合させてキャビティ１３を形成し、サーボモータ６７を回転させてプランジャ５９を移動させ、ノズル孔９ａから溶融した樹脂材料（図示せず）をキャビティ１３内に射出する。そして、キャビティ１３内に射出された樹脂材料を金型温度調節用配管路２５に流れる冷媒によりディスク成形金型１００とともに強制的に冷却する。冷却により樹脂材料を凝固させた後、可動金型５を固定金型３から離間させ、固定金型３の表面に付着した樹脂材料を金型１００中心からのエアーブロー（図示せず）により剥離させて凝固した樹脂材料としての光ディスク成形品が得られる。

キャビティ１３内に射出された樹脂材料はキャビティ１３との接触部分から冷却されて固化層が発達するため、また内周部はキャビティ１３に射出充填される高温の樹脂の影響を直接受けるため、光ディスクの内周部と外周部で温度差が生じ、外周部の温度は内周部の温度より低くなる傾向があるが、本実施形態のディスク成形金型１００は、ミラー面３ａのスタンパ外周部が接する部位３ｄと金型温度調節用配管路２５の間に空間層８３が設けられているので、空間層８３が断熱層として作用し、熱がミラー面３ａのスタンパ外周部が接する部位３ｄの近傍に蓄熱されてスタンパ外周部における温度低下が抑制される。従って、ディスク外周部の温度を内周部の温度より高い温度に維持することができ、これによってディスク外周部の転写率が大幅に向上する。

本実施形態のディスク成形金型１００によれば、情報記録溝を有するスタンパ１１が取り付けられる側の金型３において、スタンパ１１の外周部が接する金型ミラー面３ａと金型温度調節用配管路２５の間に空間層８３を設けたので、該空間層８３が断熱層として作用して金型３のスタンパ外周部側に蓄熱される。従って、ディスク内周部の温度を上昇させることなく、ディスク外周部の温度を内周部の温度より高い温度に維持することができる。これにより、ディスクの外周部の転写率を向上させてスタンパ１１の凹凸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を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明のディスク成形金型の第２実施形態を図３に基づいて説明する。図３は本発明の第２実施形態であるディスク成形金型の概略構成図である。
尚、第２実施形態のディスク成形金型２００は、第１実施形態のディスク成形金型１００と多くの共通点を有し、異なるのは空間層８３に熱風を供給する空気加熱装置９１が配設されている点だけであるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図３に示すように、第２実施形態のディスク成形金型２００は、空気加熱装置９１を備えている。空気加熱装置９１は、金属などによりパイプ状に形成された管路９３と、管路９３の外周面に巻き付けられて配設された加熱ヒータ９５と、加熱ヒータ９５への通電量を制御して管路９３の温度を任意の温度に制御する温度調整機９７と、から構成されている。管路９３の上流側の端部９３ａは、パイプ１１１により流量調節機構９９を介して圧縮空気供給装置（図示せず）に接続されている。また、管路９３の下流側の端部９３ｂは、パイプ１１３により空間層８３に接続されている。

そして、温度調整機９７で制御することにより任意の所定の温度に加熱された管路９３内に、圧縮空気供給装置から圧縮空気を供給して所定の温度に加熱した後、加熱された圧縮空気をパイプ１１３を介して空間層８３に供給する。これにより、固定金型３のディスク外周部に対応するミラー面３ｄの温度を、少なくともディスク内周面の温度と同等温度まで上昇させてディスク外周部の転写率を向上させる。尚、空間層８３に供給される圧縮空気の温度および供給量は、温度調整機９７および流量調節機構９９によって任意に調節可能であり、これによって、固定金型３のディスク外周部に対応するミラー面３ｄの温度を任意の温度に制御することができる。

本実施形態のディスク成形金型２００によれば、任意の所定の温度に加熱された熱風を空間層８３に供給するようにしたので、ディスクの外周部の金型温度を高くすることができ、これによって、ディスクの外周部の転写率を向上させることができる。

また、本実施形態のディスク成形金型２００によれば、温度調節された管路９３内に圧縮空気を流すことにより圧縮空気の温度を所定の一定温度に加熱する空気加熱装置９１を備え、空気加熱装置９１により所定の一定温度に加熱された圧縮空気を空間層８３に供給するようにしたので、スタンパ１１の外周部が接する金型ミラー面３ｄの温度を任意の温度に安定して制御することができる。これにより、ディスク外周部の温度を内周部の温度と略同一の温度まで上昇させてディスクの内周部と外周部の温度差を低減させることができる。従って、成形サイクルを長くすることなく、外周部の転写率を向上させて光ディスク特性を向上させることができる。

更に、本実施形態のディスク成形金型２００によれば、空気加熱装置９１は流量調節機構９９を備え、空間層８３に供給する圧縮空気の流速を流量調節機構９９により調整するようにしたので、スタンパ１１の外周部が接する金型ミラー面３ｄの温度を更に容易に制御することができる。これにより、ディスク外周部の転写率を向上させると共に、成形サイクルの短縮が可能となる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明のディスク成形金型が適用されるプリプラ式射出成形機の概略構成図である。 本発明の第１実施形態のディスク成形金型の要部縦断面図である。 本発明の第２実施形態であるディスク成形金型の概略構成図である。 従来のディスク成形金型の要部縦断面図である。 従来のディスク成形金型により成形されたディスクのディスク取り出し直前における温度分布を示す写真である。 従来のディスク成形金型により成形されたディスクのグルーブの転写深さとディスクの半径との関係を示すグラフである。

符号の説明

１００ ディスク成形金型
２００ ディスク成形金型
３ 固定金型
３ａ 金型ミラー面
５ 可動金型
１１ スタンパ
１３ キャビティ（空隙部）
２５ 金型温度調節用配管路
８３ 空間層
９１ 空気加熱装置
９３ 管路
９９ 流量調節機構

Claims (4)

1. 少なくとも２つの金型で構成され、金型内に形成された空隙部に樹脂材料を射出することによって光ディスク成形品を成形するディスク成形金型であって、
   情報記録溝を有するスタンパが取り付けられる側の金型において、前記スタンパの外周部が接する金型ミラー面と金型温度調節用配管路の間に空間層を設けたことを特徴とするディスク成形金型。
2. 前記空間層に所定の温度に加熱した熱風を供給する熱風供給手段を具備したことを特徴とする請求項１に記載のディスク成形金型。
3. 温度調節された管路内に圧縮空気を流すことにより前記圧縮空気の温度を所定の一定温度に加熱する空気加熱手段を備え、
   前記空気加熱手段により所定の一定温度に加熱された前記圧縮空気を前記空間層に供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディスク成形金型。
4. 前記空気加熱手段は流量調節機構を備え、
   前記空間層に供給する前記圧縮空気の流速を前記流量調節機構により調整することを特徴とする請求項３に記載のディスク成形金型。