JP2003019733A

JP2003019733A - 情報記録用ディスクの成形法

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Publication number: JP2003019733A
Application number: JP2001206430A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sasa; 剛佐々
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】情報記録用ディスクの射出成形において、酸
化防止剤の少ない樹脂を用いた場合でも樹脂の分解酸化
を効果的に抑制することができ、したがってディスクエ
ラーの少ない情報記録用ディスクを得ることが可能な成
形法を提供する。【解決手段】成形機２の樹脂を溶融するシリンダ８内
の酸素濃度を３％以下に管理する。例えば、樹脂タンク
１６から樹脂ホッパー１４に樹脂を輸送する樹脂供給機
構１８において、酸素を実質的に含まないガスを用いて
樹脂を輸送することにより、シリンダ８内の酸素濃度を
３％以下に管理する。また、金型４内部の閉空間の酸素
濃度を３％以下に調整した後に、この金型内部の閉空間
にシリンダから溶融樹脂を充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂製の情報記録
用ディスク、例えば光ディスク、光磁気ディスク、相変
化ディスク、磁気ディスクなどの成形法に関し、さらに
詳述すると、成形機の樹脂溶融シリンダ内の酸素濃度を
管理することにより、ディスクエラーの低減を図った成
形法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク、光磁気ディスク、相変化デ
ィスク、磁気ディスクといった樹脂製の情報記録用ディ
スクの製造では、樹脂を３００℃程度で加熱溶融して金
型内部に０．１秒程度の速度で充填し、この樹脂を金型
の温度まで冷却した後に金型から取り出すことで、ディ
スク基板を低コストで得ることを可能としてきた。

【０００３】この場合、上記ディスク基板の成形では、
樹脂を３００℃程度に加熱すると樹脂の分解が起こる。
また、３００℃に加熱された樹脂の周囲の雰囲気に酸素
が存在すると、分解した樹脂分子に酸素が取り付き、こ
の樹脂分子が樹脂から分解ガスとして離脱し、さらに新
たな樹脂分子が別の酸素分子に接して分解が促進され
る。したがって、酸素が多いほど樹脂の酸化分解が多く
発生することになる。

【０００４】そのため、従来、樹脂製の情報記録用ディ
スクの製造では、ディスク基板成形時における樹脂の酸
化を防ぐ目的で、溶融シリンダに投入する前の樹脂ペレ
ットをためるホッパーに窒素を充填するなど、酸化防止
を目的とした対策を行っている。また、成形技術だけで
なく、樹脂そのものに酸化防止剤を添加することで酸化
を発生しにくくするなど、樹脂の改良も行われてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】樹脂製の情報記録用デ
ィスク、特に磁気ディスクでは、樹脂に添加した酸化防
止剤やその他の添加剤が、ディスク表面に異物として浮
き出して突起になる可能性があることが分かってきた。
また、樹脂が酸化分解したガスがスタンパーに付着して
ディスクの記録再生のエラーになることは、磁気ディス
クだけでなく、光ディスク、相変化ディスク、光磁気デ
ィスクでも確認されている。特に近年の各ディスクの高
密度化に伴い、酸化防止剤などの添加剤の削減が必要と
なってきている。しかし、酸化防止剤の削減は一般的に
は酸化を促進する傾向となるため、成形技術の改善が必
要となる。

【０００６】本発明は、前述した事情に鑑みてなされた
もので、情報記録用ディスクの射出成形において、酸化
防止剤の少ない樹脂を用いた場合でも樹脂の分解酸化を
効果的に抑制することができ、したがってディスクエラ
ーの少ない情報記録用ディスクを得ることが可能な成形
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、情報記録用ディスクの射出成形において、
成形機の樹脂を溶融するシリンダ内の酸素濃度を３％
（体積％、以下同じ）以下に管理することを特徴とする
情報記録用ディスクの成形法を提供する。

【０００８】すなわち、射出成形機のシリンダ内での樹
脂溶融温度は３００℃前後であり、その樹脂の温度状態
は射出直後に成形金型に触れて冷却が始まるまで継続さ
れる。成形の過程で樹脂に加えられる温度履歴の中で、
溶融から射出までが最も高温になる。酸化とそれに伴う
分解は、温度が高いほど、また酸素濃度が高いほど進行
しやすい。したがって、３００℃前後の温度で酸化防止
剤の少ない樹脂を酸化しないようにするには、本発明の
ように、シリンダ内の酸素濃度をある濃度以下、具体的
には３％以下、より好ましくは１％以下に管理すること
が有効である。

【０００９】本発明において、シリンダ内の酸素濃度を
３％以下に管理する手段としては、シリンダに樹脂を供
給する樹脂ホッパーに樹脂タンクから樹脂を輸送する樹
脂供給機構において、樹脂を気体の圧力差を用いて輸送
するに当たり、前記気体として酸素を実質的に含まない
ガス、例えば窒素ガスや不活性ガスを用いる手段を好適
に用いることができる。

【００１０】この場合、樹脂タンク、樹脂ホッパー、樹
脂供給機構およびシリンダは、それらの内部に外部から
酸素が入らない構造を有することが好ましい。これによ
り、シリンダ内の酸素濃度を確実に３％以下に管理する
ことができる。

【００１１】また、樹脂ホッパーおよびシリンダは、酸
素を実質的に含まないガスが導入されるとともに、その
ガス圧が大気圧に比して高くなるよう管理する機能を有
することが好ましい。これにより、シリンダ内の酸素濃
度を確実に３％以下に管理することができる。

【００１２】さらに、本発明では、金型内部の閉空間の
酸素濃度を３％以下、より好ましくは１％以下に調整し
た後に、該金型内部の閉空間にシリンダから溶融樹脂を
充填することが好ましい。これにより、樹脂の酸化をさ
らに効果的に抑制することが可能となる。このように金
型内部の閉空間の酸素濃度を３％以下に調整する手段と
しては、例えば金型内部の閉空間に酸素を実質的に含ま
ないガスを導入する手段が挙げられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。まず、成形システムの構成を説明
する。図１は成形システムの概要を示している。本シス
テムの成形機２は、成形金型４と、成形金型４の開閉お
よび成形時（特に射出時）の高圧金型締めを行う成形機
型締機構６と、成形金型４に充填する樹脂を溶融するた
めに加熱される溶融シリンダ８と、溶融シリンダ８内で
回転後退し、溶融シリンダ８内壁と樹脂のせん断による
発熱を発生させるスクリュー１０と、スクリュー１０を
高速に前進させることで、溶融シリンダ８内のスクリュ
ー１０の前方に溜まった溶融樹脂を金型４内部に満たす
射出機構１２とを備えている。

【００１４】また、成形機２ではシリンダ８に樹脂を途
切れずに供給する必要があり、そのため樹脂の２次保管
場所である樹脂ホッパー１４から、射出のサイクルのた
びに樹脂の必要量がシリンダ８内に落下するようになっ
ている。樹脂ホッパー１４は、樹脂の１次保管場所であ
る樹脂タンク１６と樹脂供給機構１８を介して連結され
ている。樹脂供給機構１８の樹脂輸送方式には、樹脂輸
送を機械的に行う方式、落差を用いて行う方式、空気圧
を用いて行う方式などがある。

【００１５】次に、成形プロセスを時間経過にしたがっ
て説明する。粒状の形態をとった樹脂の１次保管場所で
ある樹脂タンク１６から、樹脂供給機構１８の作動によ
り、成形機２の樹脂ホッパー１４に粒状樹脂が供給され
る。樹脂ホッパー１４は樹脂の２次保管場所であり、一
定時間の成形に必要な樹脂が保管され、成形のサイクル
毎にシリンダ８に、成形物の容量（重量）に応じた樹脂
を落下させる。樹脂ホッパー１４の樹脂残量が一定レベ
ル以下になると、樹脂供給機構１８が再び作動し、樹脂
タンク１６から樹脂ホッパー１４に樹脂が輸送される。

【００１６】樹脂ホッパー１４からシリンダ８内に落下
した粒状樹脂は、シリンダ８の熱と、後退しながら回転
するねじ状に溝が刻まれたスクリュー１０に捕捉された
ペレットが、シリンダ８内壁と接触するときに発生する
樹脂のせん断発熱とによって、溶融が起こる。溶融した
樹脂は、スクリュー１０が持つねじ状に刻まれた溝に沿
って、スクリュー１０の先端方向に集まり、スクリュー
１０を後退させる。成形に必要な溶融樹脂量は、後退し
たスクリュー１０の位置により計測する。

【００１７】成形に必要な溶融樹脂量を検知すると、ス
クリュー１０は後退回転を停止する。そして、射出機構
１２の作動により、スクリュー１０はシリンダ８先端方
向に、位置制御、速度制御または圧力制御により移動す
る。スクリュー１０先端側に溜まった溶融樹脂は、シリ
ンダ８先端の誘導路を持つノズルから成形金型４内部に
充填される。充填された樹脂は、温度制御された成形金
型４に触れて冷却され固化する。シリンダ８内部の圧力
を所定時間制御し、固化する際の樹脂収縮量の補完を行
う。その後充分な冷却時間を経て、成形機型締機構６の
作動により成形金型４を開き、成形品を取出す。

【００１８】図２に樹脂が酸化を経て分解するプロセス
を示す。高温で溶融した樹脂は、熱による分子振動で樹
脂本体を構成する高分子の鎖状の結合が弱い部分で切断
される「分解」が発生する。そのとき周囲の環境に酸素
が存在すると、分解した分子に酸素が取りつき、短分子
化した部分はガス化し、樹脂本体から離脱する。酸素は
この化学反応を次々に起こし、最終的には、酸素に接触
する部分の黄変や炭化を引き起こす。

【００１９】図３に酸化分解したガスがスタンパー表面
に付着した付着物の断面の幅と高さとの関係を示す。ス
タンパーは、成形金型内部に取りつけられ、ディスクの
信号面を形成する部品で、光ディスク、光磁気ディス
ク、相変化ディスク、磁気ディスクなどでは、ディスク
での凹凸と反対の微細なサーボパターンやデータパター
ンが形成されて、複数の成形品に同一のデータを書きこ
むための原版となるものである。図３のスタンパー付着
物は約１００℃程度で温度管理されたスタンパー表面近
傍に、約３００℃程度で酸化分解したガスが存在し、約
２００℃の温度差によりガスが固体に変化し付着したも
のである。このスタンパー付着物は、材質的にも樹脂の
酸化物であることが確認されている。

【００２０】本実施形態は、樹脂が通過する樹脂ホッパ
ー１４、シリンダ８は準密閉構造を採り、大気ではなく
純窒素ガスなどの酸素濃度を厳密に管理されたガスを導
入し、そのガス圧が大気圧に比して高くなるようガス圧
とガス流量を管理する機能を有する成形システムによっ
て実現される。

【００２１】磁気ディスク（ハードディスク）の成形に
おけるシリンダ８内部の酸素濃度と、ディスクに生じた
ディスク面当たりのビットエラー数（平均値）との関係
を図４に示す。大気（酸素濃度約２０％）が自由に樹脂
ホッパー１４、シリンダ８に入り込む状況で成形を行う
と、２０００個から１００００個以上のビットエラーが
発生していたものが、シリンダ８内部の酸素濃度を３
％、１％、０．１％に管理すると、ビットエラーの個数
をそれぞれ２０００個、１０００個、３００個と減らす
ことが可能となることがわかる。これは、シリンダ８内
部の酸素濃度を低く管理することで、樹脂の分解酸化を
防止できることを示すものである。

【００２２】実際の成形システムでは、樹脂供給機構１
８により樹脂ホッパー１４と樹脂タンク１６とが結合さ
れている。樹脂供給機構１８は、通常、粒状樹脂を気体
の圧力差により生じる気体移動で輸送する方式を採る。
この場合、樹脂が加熱されるシリンダ８内部は、樹脂を
輸送するための気体の流れにより酸素濃度の変動を起こ
す。実際に大気（酸素濃度約２０％）で樹脂タンク１６
と樹脂ホッパー１４の間を樹脂輸送した場合を図５の●
印でのプロットで示す。横軸の１０分から２１分にかけ
て、樹脂タンク１６と樹脂ホッパー１４の間で樹脂輸送
が行われると、成形機のシリンダ８内部の酸素濃度は１
％を超えて約５％程度まで上昇する。時間的には約１０
分であるが、この酸素濃度上昇の間に図３のようなスタ
ンパーへの付着物が発生し、ビットエラーの増加を促進
する。

【００２３】一方、大気ではなく、純窒素ガスなどの酸
素濃度を厳密に管理されたガスで輸送を行うと、図５の
▲印のプロットのように、樹脂タンク１６と樹脂ホッパ
ー１４の間を樹脂輸送しても、成形機のシリンダ８内部
の酸素濃度の上昇は見られない。このように樹脂輸送の
最中も非輸送時も分かたずシリンダ８内部の酸素濃度を
管理するには、樹脂ホッパー１４、樹脂タンク１６、樹
脂供給機構１８に使用する配管や輸送圧力を発生するブ
ロアー等は、外気と完全に気密性を保てる構造を有する
必要がある。系の外部からの（大気からの）酸素混入が
ない場合には、輸送用ガスの酸素濃度が、配管内酸素濃
度を決定する。輸送用のガスとしては、９９．９９％以
上の窒素ガスや不活性ガスが適当である。

【００２４】系の外部からの（大気からの）酸素混入が
ある場合におけるシリンダ８内部の酸素濃度の変化を図
６に示す。図６は、樹脂タンク１６と樹脂ホッパー１４
との間の樹脂輸送に純窒素ガスを使用するものの、経路
および部品（ブロアー、除湿器等）から系内への酸素の
混入がある場合の結果である。０分、６５分、１４０分
から、約１ｋｇの樹脂ペレットを樹脂タンク１６から樹
脂ホッパー１４に輸送する樹脂輸送が開始する。輸送
は、配管の昇温、輸送、および輸送後のペレット昇温で
約１０分間継続する。その間、シリンダ８内部の酸素濃
度はピークで５．５％に達している。これに対し、樹脂
ホッパー１４、樹脂タンク１６、樹脂供給機構１８に使
用する配管や輸送圧力を発生するブロアー等を、外気と
完全に気密性を保てる構造のものにした場合は、シリン
ダ８内部の酸素濃度はピークでも０．１％以下になる。

【００２５】また、本システムにおいて、成形金型４
は、樹脂を充填する閉空間に純窒素ガスなどの酸素濃度
を厳密に管理されたガスを導入する経路を持ち、圧力と
流量を管理したガスを、一定時間成形金型４の樹脂を充
填する閉空間に導入する機能を有する。成形機システム
では、溶融した樹脂がスクリュー１０の前進によりシリ
ンダ８から押し出され、ノズルを通り成形金型４内部に
充填される。シリンダ８を出て成形金型４までの樹脂経
路は、高圧で樹脂を充填する関係もあり、外界に樹脂の
漏れる間隙は存在しない。樹脂は成形金型４の内部の閉
空間に到達すると、閉空間内に閉じ込められた気体に接
する。シリンダ８を出て成形金型４までの経路は一般に
細長いため、高速で樹脂が通過すると樹脂のせん断が発
生し、シリンダ内部より樹脂が高温になる可能性があ
る。成形金型４に到達した高温の溶融樹脂が、成形金型
４内部を流動中に酸素に遭遇すると、シリンダ８内部で
起こるのと同様の分解酸化が発生し、成形金型４内部の
スタンパーに付着する。

【００２６】ここで、成形金型４の内部の構造とその動
作を図７を用いて説明する。成形金型４はディスクを形
成する閉空間を挟んで２つの部分に分かれている。一方
はシリンダ８からノズルを介して溶融樹脂を充填する経
路を有する部分で、他方は金型を開閉するための成形機
型締機構６に連結された部分である。金型の動作を図７
で説明する。まず、金型を成形機型締機構６の動作で閉
じ、高圧で型を押さえる（Ａ）。次に、シリンダ８内部
の溶融樹脂をノズルを介して金型内部の閉空間に充填す
る（Ｂ）。次いで、樹脂を温度管理された成形金型４に
接触させた状態で冷却した後（Ｃ）、成形金型を開き
（Ｄ）、ディスクの取出しを行う（Ｅ）。

【００２７】本実施形態では、成形金型４の内部での樹
脂の酸化を抑制するために、金型を閉じた後、金型内部
の閉空間に純窒素ガスなどの酸素が存在しないガスを充
填し、閉空間の酸素濃度を管理した後に、溶融樹脂の射
出を行う。その動作を図８に示す。また、図９は金型が
大気中で開閉し、金型内部の閉空間に大気が存在する状
態から、純窒素ガスを閉空間に充填し（Ｂ）、酸素濃度
を減らす方法を示す。純窒素ガスは、例えば既存の流路
を通して金型内部の閉空間に導入することができる。充
填された窒素は、それまで閉空間に存在していた気体と
混合され、金型のクリアランスを通じて金型の外部へ放
出される。

【００２８】金型内部の閉空間の体積をＸｏ（ｍｌ）と
し、閉空間に導入する純窒素ガスの流量をＶｏ（ｍｌ／
ｓｅｃ）とし、純窒素ガス充填開始からの時間をＴ（Ｓ
ｅｃ）とする。このときの閉空間の酸素濃度は、大気の
酸素濃度を２０％とすると次式で表される。

【００２９】酸素濃度（％）＝２０×ｅｘｐ（−Ｖｏ／Ｘｏ×Ｔ）

【００３０】Ｖｏ＝１５０（ｍｌ／Ｓｅｃ）、Ｘｏ＝１
０（ｍｌ）としたときの金型内部の閉空間の酸素濃度
（％）の推移を図１０に示す。酸素濃度は、窒素ガス充
填開始から２００ｍＳｅｃ後で１％、３５０ｍＳｅｃ後
で０．１％になる。したがって、所定時間の窒素ガス充
填の後、溶融樹脂充填を行うことで、溶融樹脂が酸素に
晒されることなく冷却されるようになる。

【００３１】なお、上述した例では、本発明によって樹
脂の分解酸化物がスタンパーに付着するのを抑制できる
ことを示したが、成形物に樹脂の分解酸化ガスが再付着
することによるエラーも本発明によって防ぐことができ
ることはもちろんである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
成形時における溶融樹脂の分解酸化を抑制して、ディス
クエラーの少ない情報記録用ディスクを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いる成形システムの一例を示
す概略図である。

【図２】樹脂が酸化を経て分解するプロセスを示す説明
図である。

【図３】酸化分解したガスがスタンパー表面に付着した
付着物の断面の幅と高さとの関係を示すグラフである。

【図４】磁気ディスクの成形におけるシリンダ内部の酸
素濃度と、ディスクに生じたディスク面当たりのビット
エラー数との関係を示すグラフである。

【図５】樹脂供給機構におけるガス輸送によるシリンダ
内部の酸素濃度変化を示すグラフである。

【図６】樹脂供給機構におけるガス輸送によるシリンダ
内部の酸素濃度変化を示すグラフである。

【図７】成形金型の内部の構造とその動作を示す説明図
である。

【図８】成形金型の内部の構造とその動作を示す説明図
である。

【図９】窒素ガスを金型内部の閉空間に充填し、閉空間
の酸素濃度を減らす方法を示す説明図である。

【図１０】窒素ガスを金型内部の閉空間に充填したとき
の閉空間の酸素濃度の推移を示すグラフである。

【符号の説明】

２……成形機、４……成形金型、６……成形機型締機
構、８……溶融シリンダ、１０……スクリュー、１２…
…射出機構、１４……樹脂ホッパー、１６……樹脂タン
ク、１８……樹脂供給機構。

フロントページの続きＦターム(参考） 4F202 AG19 AH38 AH79 AM27 AM30 CA11 CB01 CK01 4F206 AG19 AH38 AH79 AM27 AM30 JA07 JF06 JF46 JN03 JP30 5D112 AA02 BA01 BA10 5D121 DD05 DD17 DD20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報記録用ディスクの射出成形におい
て、成形機の樹脂を溶融するシリンダ内の酸素濃度を３
％以下に管理することを特徴とする情報記録用ディスク
の成形法。
【請求項２】シリンダに樹脂を供給する樹脂ホッパー
に樹脂タンクから樹脂を輸送する樹脂供給機構におい
て、樹脂を気体の圧力差を用いて輸送するに当たり、前
記気体として酸素を実質的に含まないガスを用いること
により、シリンダ内の酸素濃度を３％以下に管理するこ
とを特徴とする請求項１に記載の情報記録用ディスクの
成形法。
【請求項３】樹脂タンク、樹脂ホッパー、樹脂供給機
構およびシリンダは、それらの内部に外部から酸素が入
らない構造を有することを特徴とする請求項２に記載の
情報記録用ディスクの成形法。
【請求項４】樹脂ホッパーおよびシリンダは、酸素を
実質的に含まないガスが内部に導入されるとともに、そ
のガス圧が大気圧に比して高くなるよう管理する機能を
有することを特徴とする請求項２または３に記載の情報
記録用ディスクの成形法。
【請求項５】金型内部の閉空間の酸素濃度を３％以下
に調整した後に、該金型内部の閉空間にシリンダから溶
融樹脂を充填することを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載の情報記録用ディスクの成形法。
【請求項６】金型内部の閉空間に酸素を実質的に含ま
ないガスを導入することにより、金型内部の閉空間の酸
素濃度を３％以下に調整することを特徴とする請求項５
に記載の情報記録用ディスクの成形法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の成
形法により成形されたことを特徴とする情報記録用ディ
スク。