赤外線照射による次世代光ディスク基板樹脂への情報転写成形の高効率化に関する研究

本研究で提案している成形方法では、一括成形が不可能な次世代光ディスクの製品の生産を、基板概形形成と精密転写成形とに分割し、後者、すなわち熱可塑性樹脂の再加熱可塑化および冷却固化を、金型の外部から金型を透過させて赤外線ふく射を樹脂転写表面に行う加熱手法と金型内の熱伝導現象との組合せで高効率化している。今回の検討では、情報転写の版元型に、レーザー透過率の異なる3種の材料高透過のセレン化亜鉛(ZnSe)、中透過のシリコンとしては炭酸ガスレーザーを用いた。Niはレーザー不透過のため、転写裏面となるレーザー照射側表面に黒色塗料を塗布してエネルギー吸収促進をさせた。まず、数値解析によりシステム内の温度分布を見積り、加熱冷却の妥当性を判断した。金型の透過率の影響としては、透過率の高い場合ほど、樹脂に投入されるエネルギー密度が大きいため、加熱速度は早い。逆に、不透過型では、樹脂への熱伝導の割合が金型外部への逃げに比べて小さいため、加熱効率は劣るが、型自体の発熱で、樹脂表面の加熱の寄与は見込める。ただし、熱伝達スケールの時間・空間的縮小、すなわち、加熱対象となる樹脂は極表面近傍のみの加熱で転写は満足されることから、転写型の厚みをより薄いものとすることとし、熱伝導の時間スケールを凌駕する高エネルギーの短時間投入で、透過率の差異があっても精密転写の目的を達成できるという指標が得られた。また、実験によっても上記の検討を加え、125ミクロンのPMMAフィルムに対し、40W-1msのレーザー照射によって8ミクロンの転写が可能で、冷却も瞬時に行われることを確認した。一連の実験を通して、実際に型材として使用する材料は微細構造の加工性と耐久性の面から、Siが有力であるという知見も得られた。

本研究で提案している成形方法では、一括成形が不可能な次世代光ディスクの製品の生産を、基板概形形成と精密転写成形とに分割し、後者、すなわち熱可塑性樹脂の再加熱可塑化および冷却固化を、金型の外部から金型を透過させて赤外線ふく射を樹脂転写表面に行う加熱手法と金型内の熱伝導現象との組合せで高効率化している。今回の検討では、情報転写の版元型に、レーザー透過率の異なる3種の材料高透過のセレン化亜鉛(ZnSe)、中透過のシリコンとしては炭酸ガスレーザーを用いた。Niはレーザー不透過のため、転写裏面となるレーザー照射側表面に黒色塗料を塗布してエネルギー吸収促進をさせた。まず、数値解析によりシステム内の温度分布を見積り、加熱冷却の妥当性を判断した。金型の透過率の影響としては、透過率の高い場合ほど、樹脂に投入されるエネルギー密度が大きいため、加熱速度は早い。逆に、不透過型では、樹脂への熱伝導の割合が金型外部への逃げに比べて小さいため、加熱効率は劣るが、型自体の発熱で、樹脂表面の加熱の寄与は見込める。ただし、熱伝達スケールの時間・空間的縮小、すなわち、加熱対象となる樹脂は極表面近傍のみの加熱で転写は満足されることから、転写型の厚みをより薄いものとすることとし、熱伝導の時間スケールを凌駕する高エネルギーの短時間投入で、透過率の差異があっても精密転写の目的を達成できるという指標が得られた。また、実験によっても上記の検討を加え、125ミクロンのPMMAフィルムに対し、40W-1msのレーザー照射によって8ミクロンの転写が可能で、冷却も瞬時に行われることを確認した。一連の実験を通して、実際に型材として使用する材料は微細構造の加工性と耐久性の面から、Siが有力であるという知見も得られた。