JPS60500104A - 光学記録のためのコ−トされた媒体とそれに関するコ−ティング技術 - Google Patents
光学記録のためのコ−トされた媒体とそれに関するコ−ティング技術Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
光学記録のためのコートされた媒体と
それに関するコーティング技術
本発明は新規な高密度情報記憶媒体に関し、特に光学データ記録に適する記録層
を含む媒体であって記録の特性を高めるためのコーティングと保護オーバコート
手段を有するものに関する。
発明の背景
ディジタルデータの光学ストレージは比較的新しい技術であって、特殊な(OD
D、”光学ディジタルデータ″)媒体たとえばODDディスクを用いかつ光学技
術を利用するディジタル情報の記憶と再生に関する技術である。類似のものとし
て、従来、そのようなデータは今日の高速ディジタルコンピュータにおいて一般
に用いられているテープまたはディスクのような磁気媒体にストアされている。
ここで述べられているのはディジタルデータのための感度の良い光学記録媒体を
作成する試みであって、その媒体は酸化または環境による劣化に耐えるものであ
って、また感度が改善されかつ寄金を延長することができ、さらに現在のものよ
りも製造の手間が簡略化されるものである。
そのような媒体のための種々のタイプの保護オーバコーティングが、特に゛調整
された媒体″゛に関して技術者達によって提案されてきたくたとえば、゛ダーク
ミラー”効果るパ光学情報ストレージ”、5PIE Vol、177.1979
.11.56以下; 13 artoliniによる光学記録媒体のレビューで
ある゛光学記憶材料と方法”、5PIE Vol。
123、1977. ’D、2以下; CochranとFerrierによる
“リアルタイム高密度データストレージのための金属フィルム中の溶融孔”、
SP IE Proceedings、 August 1977、p、17〜
32:および後述の他の引例を参照)。
長期の記録保存寿命:
光学データ記憶技術は魅力的である。なぜならばそれは大きな記憶容量の可能性
があるからである。ここで考慮されるような光学データディスクは長期の保存寿
命にわたって情報をストアすることがめられ、その目標はデータ処理(DP)装
置に関する典型的なあるいは最も厳しい動作条件において5〜10年またはそれ
以上である。技術者達はそれを目指して長い間努力してきたが、そのような長期
の寿命は当該技術分野において未だ達成されていない目標である。本発明はその
ような保存寿命により適した改良されたODD媒体を目指しており、すなわち特
に゛光学マス(質量)メモリ”やそのような応用に適した媒体であって、改善さ
れたオーバコートおよび/またはスペーサ手段に重点が置かれている。
したがってここでの特徴として、我々は好ましい長期の記録保存寿命を示すレコ
ードのために新規なスペーサおよび/またはオーバコートの構造と材料の利用を
意図している。すなわち、そのレコードは典型的なりPストレージと使用の間の
酸化または環境による劣化に対して高い抵抗を示すものである。したがって、長
期の保存寿命にわたって記録された情報の゛ロス゛′はほとんどまたは全くなく
て′“読出”するのに十分安定な反射能を備えている。そのような実際的な記憶
媒体またはそれに関連するシステムは未だ提供され得ず、特に゛良好な”感度も
められる場合は尚更である。本発明はこの目標を目指す手段を示すものである。
新規なパスペーサ層”:
さらにここでの顕著な態様によれば、スペーサ層(たとえば、そのような“ダー
クミラー”構造において)は好ましくは反射体層上に蒸着される″軟質パッド”
を含み、その上には次に吸収体く記録)層が重ねられる。このスペーサ層はその
ように析出されたフルオロポリマーからなっており、それは意図された読出書込
波長に対して透過性が高く、また反射体層から吸収体層を隔離することによって
良好な熱的かつ機械的絶縁を提供する(さもなくば、通常その反射体は高伝導性
金属であるので、それはヒートシンクとして作用して記録エネルギを吸収体層か
ら漏逸させ、その効率を減する)。
したがって、以後にさらに述べられるように、−例として我々はポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)またはフッ化エチレンプ0ピレンコポリマー(FEP
)のような真空蒸着されたフルオロポリマーを好む。
そのようなスペーサとして硬質シリケートコーティング(酸化シリコンまたは二
酸化シリコン:“溶融シリカ″参照)を指定することはどちらがといえば従来技
術に属する(たとえば、3al1等の米国特許第4,195.312号または第
4,195.313号あるいは第4.216.501号を参照)。しかしながら
、そのような材料はここで設定された熱的かっ機械的目的のすべてを満足するこ
とはできない。その1つとして、そのようなシリケートコーティングは容易に熱
を伝えすぎる。たとえば、“低エネルギ記録パルス(約40ナノ秒の中位から低
位の出力)は、単一の1/4波長光学厚さの5io2がAnt反射体上に用いら
れるとき、記録することが困難である。この非常に薄いスペーサ層は、明らかに
記録のための熱をあまりに多(散逸させて浪費させる。これを防ぐために、より
分厚いスペーサ層を用いることももちろん可能であるが、分厚いSiO2層は製
造プロセスを複雑化して品位を下げる。それは特にその層が一般に吸収体を拘束
して感度を下げるからであり、また低い反射能を得るバンド幅を狭めるからであ
る( J 、Rancourtにょる゛テルルの光学データディスクの設計と作
成”、5PIE Proceedings;Lz−Vスキル>技術における進歩
、Vol、299.1981. p、57参照)さらに、もし数個のよく分離さ
れた読出/書込(R/W)波長が用いられるならば、必要な波長の“最小値神に
精密に設定するためにさらに“厚さ”制御がめられるので、スペーサの作成はさ
らに複雑となる(光のエネルギを“3重層”の吸収層と効率的に結合させてビッ
ト位置の反射能を増大させることによって゛書込″することがめられ、意図され
たR/W波長において比較的低い反射能の書込まれていないバックグラウンドが
められることに注目)。
逆に、この教示を利用する単一の“軟質パッド″(たとえば、フルオロポリマー
)スペーサは感度に対してほとんど影響せず、またそれは単一の1/4波長であ
るので広い反射率最小値(λ)を与え、したがって同時に多くのR/W波長にお
いて機能することができる。
この開示の1つの態様はそのような゛軟質バッド″スペーサ材料の調製と使用を
教示するとともに関連する析出方法を示すことであり、それは特にそのようなO
Dディスクな適するものである。より特定的に言えば、それは一般に現在のレー
ザ装置を用いる低エネルギ記録のために便利なものλある(たとえば、5〜20
m W/40n 、secパルスのHe−Neレーザによる書込;25MHz級
春照)。
オーバコート;一般:
そのように記録されたスポット(゛ピット”)は直径で約1ミクロンになるよう
に意図されている。しかし、表面のパ汚れ″(たとえば、油や指紋)または空中
からの埃のような粒子状の汚染物はこの大きさまたはそれより大きく、したがっ
て記録された゛ビット”の障害となり得る。たとえば、通常の煙の粒子は約6ミ
クロン(6μm、または約240マイクロインチ)の直径である。したがって、
もし1つまたは数個のそのような汚染粒子がちょうどオーバコート上に載ってい
れば、それらの粒子は一般に“マスク”として働いて記録された″′ビット”
(データ)を消してしまう。
したがって、そのような汚染粒子やすべての汚れ、汚点。
または染をデフォーカスするために、従来、分厚いオーバコーティング層が用い
られていた。たとえば、1oo〜180ミクロン厚さのオーダの透明なオーバコ
ーティングが施されていた。したがって、そのような保護層の表面上に載ってい
る(拭き取られていない)いずれの埃粒子も゛デフォーカス”される。すなわち
、それらの埃は記録されたデータを検知するために用いられる対物レンズの焦点
範囲や光学的照準位置から外されて光学的に゛消失″する。第2の目的として、
そのようなオーバコートは記録層のために機械的な保護を与えかつ取扱い(たと
えば、製造中、テスト中、または使用中)などにおける損傷を防がなければなら
ない。
ところで、ある場合には技術者達は透光性保護オーバコートとして比較的°“硬
質″の材料を提案してきたが、他の場合には“軟質”の材料を提示してきた。た
とえば、あるものはエラストーマの外部コートを提示したCGE社にょるS 1
lastic RT V”のようなシリコーンラバー参照:3el1等の米国特
許第4.101 、907号ヲ見に ;ソhによれば成る有機染料のような“拭
き取られ得る”吸収体はs+ 02の゛障壁層”でオーバコートされ、またはサ
ッカローズ(蔗糖)または樹脂酸の誘導体の障壁層でオーバコートされて、これ
はそのようなシリコーン樹脂でスーパコート(重ねコート)される)。しかし、
軟質で弾力的な(ゴムのような)材料の周知のオーバコーティングは“粘着性″
の露出表面を示す特色があり、それは容易に埃を吸着して保持する。また成る例
においては、そのような“エラストメトリック(弾力的な)パコーティングはな
おその下層の吸収体を゛拘束”するようである。さらに、エラストーマは高すぎ
る硬化温度を必要とするものがあり、あるいはそれらがもし室温で硬化する場合
には長ずざる時間がかかるであろうし、゛早期硬化”のために加熱されるときそ
れらはその3重層に過熱という重大な危険を与える(RTVのようなシリコーン
エラストーマは、これらのすべての欠点を示rとともに硬化応力や使用中に多す
ぎる湿気の吸収を伴なう)。
一方、他の技術者達は吸収層上に直接重ねられる゛硬質”の外部゛封止″オーバ
コートを考えた(たとえば、B art。
l ini等による“光学ディスクシステムの出現”、IEEE3 pectr
um 、 A ugust 1978を参照;それによれば゛3重層°′構造に
おいて5iOzはチタンの吸収体の上下に施されている)。しかし、彼等はその
ような硬質のオーバコートがその他の点では受入れ得る記録媒体を実質的に′“
記録不能″のものとしてしまう点まで記、緑感度を劣化させるようである(おそ
ら(そのオーバコートが変形せずに吸収体を押え付けて拘束するからである)こ
とを認めざるを得なかった。また、5iOzのような硬質の外部コーティングは
長期間使用するにはあまりに吸収性である(たとえば、水蒸気の吸収)。
゛硬質/軟質″オーバコート:
したがって、この開示のもう1つの態様は前述の欠点のほとんどまたはすべてを
除去するオーバコーティングを提供することである。それは゛軟質バッド′″の
内側の層とパ硬質°′の外側封止層からなる2部のオーバコーティングを提供す
ることによって行なわれ、すなわち゛硬質/軟質″オーバコートを備える。軟質
の内層パッドは゛柔らかなりッション″として変形しゃす(かつ圧縮されやすい
ものに意図されており、それは隣接する吸収体が書込加熱の間に変形したり移動
したりできるようにし、同時にまた良好な熱絶縁を提供する(非常に低い熱伝導
性;比較的低い比熱〉。簡単に言えば、この゛軟質パッド″は機械的熱的により
よく吸収体を隔離し、一方、゛硬質″外層コートは最適な機械的保護を与える(
たとえば、蒸気の侵入に対するシール)。もちろん、そのような層はよく接合す
るものでなければならず、また意図された読出/書込波長に対して高い透過性の
ものでなければならず、さらに用いるのに便利で安価なものが好ましい。
述べられたように、成るそのような゛軟質パッド″(たとえば、FEPまたはP
EFE、後述参照)の機械的特性は“書込加熱”の間における下層の吸収体の動
きゃ変形をよりよく受入れるようである(たとえば、“上のパッド”として;も
し軟質材料が“スペーサ”としても用いられる場合は“下のパッド″としても)
。そのような゛軟質パッド”は明らかに吸収体をその周囲の環境から機械的かつ
熱的に分離するので、゛感度″を著しく高め得ることがわかる(たとえば、溶融
シリカのような゛′硬質”オーバコーティングのみを用いて期待されるものより
優れており、すなわち後者のものは成るビットまたは゛ホーノヒ′を゛書込′。
するためにより大きなエネルギを必要とする)。゛軟質パッド”はそのような隔
離材として非常に効果的であるので(たとえば吸収体上のSiO□とともに)下
層の゛スペーサ”として用いるだけの場合であってもそれは(たとえばそれをs
; 02スペーサで置換える場合に比べて)感度を高めることがわかった。
また以下に述べられるように、そのような゛軟質パッド°′コーティングは、好
ましくは吸収体層を析出させるのに用いられたのと本質的に同じ装置を用いて蒸
着フィルムとして付与される(たとえば、共通の装置を用いて関連した引続く析
出ステップによって)。その結果としての便利さや、コストや時間などの節減は
明らかであろう。この特徴に従つて、我々はこれらのがなり厳しい゛軟質パッド
″要件(真空蒸着を含む)のほとんどまたはすべてを満足する好ましい材料の例
である前述のフルオロポリマー(FEPとPTFE)を発見した。そして都合の
良いことに、その同一ノ゛軟質パッドパ材料は吸収体の両側に(すなわち、スペ
ーサとオーバコートとして)用いることができる。この代わりに、プラズマ高分
子化された種類のポリマーのたとえばポリエチレンまたはP ary!ene”
(商標、ユニオンカーバイド社からバラキシレンとして、米国特許第3..34
2.754号参照)を用いてもよい。好ましくは、゛′軟質パッド″層のそのよ
うな蒸着ぼ、吸収体層(および/またはスペーサ層)を析出させるものと同じ装
置を用いて同時に付与される。
この“軟質パッド′”オーバコート層は好ましくは吸収体層をどのような重ねコ
ーティング(特に“軟質パラドパ上に付与される“硬質パ層)がらも熱的かつ機
械的に分離するためのものであり、また下層の吸収体層と都合良く接合しなけれ
ばならない。それによって感度が劣化されることがなくかつ吸収体は硬質の“外
層″オーバコーティングから適切に“分離″される。そしてその硬質オーバコー
ティングと/またはその上の何らかの応力が吸収体を拘束してそこへのビット形
成に干渉するのを防ぐ。またその゛軟質パッド″オーバコートは使用中に“剥離
′°シたり湿気の侵入などを防ぐlこめに゛硬質″コートと十分よく接合される
。
これらの剥離や湿気の侵入などは容易に必要な光学的特性破壊し得る)。そのよ
うな有害な効果のいかなるものからも吸収体を保護することは重要なことであっ
て、たとえば特に記録や゛ビットスポット″の形成中において変形しかつ/また
は変位する吸収体を用いる場合に重要である。吸収体上に直接付与される硬質オ
ーバコーティング(たとえば、周知の3i0またはSiO□)がその吸収体層を
拘束して“ビット書込”中のそのような変形や移動を抑制し得ることは技術音速
にとって明らかなことであろう。したがって、それはビット形成と干渉して感度
や記録効率を劣化させて、より多くの書込エネルギが必要となる。また、はとん
どの酸化珪素は多くの湿気を吸収し過ぎる。我々は“冷たい″サブストレート上
に蒸着された5i02を用いてこのような問題を経験したが、FEPまたはPT
FEのような材料(これらは、同様な条件の下に、比較的“無気孔”のフィルム
として析出させることができる)でははるかに問題が少なかった。
したがって、技術音速は前述のタイプの適当な“軟質パッド″がいかに重要かつ
有用であるかを認識するであろうし、特にそれは隣接するOD吸収体層の記録効
率を高めようとする場合に有用である。したがって、この特徴のもう1つの形態
は吸収体層上に゛軟質バッド″コーティングを与えることであって、また可能な
場合には共通の析出技術を用いて行なうことである。関連する特徴の1つはある
場合に吸収体の下に類似の“軟質パッド゛スペーサ層を与えることであって、そ
れによって吸収体層を上層や下層から生じる干渉から熱的かつ機械的に隔離でき
る。
関連する特徴は、たとえば良好な蒸気障壁1機械的゛カバー″および静電防止表
面として働くように、また表面の汚れを“デフォーカシング″するための必要な
光学的な層を形成するために、この“軟質パッド”の外側に“硬質′。
保護オーバコーティングを重ねることである(すなわ、ち、“′硬質/軟質″オ
ーバコート)。
上述のものへのもう1つの改良、はくフルオロポリマーの)゛′軟質パッド”を
付与することであって、それは十分に軟らかくて変形しやすく、そして隣接する
吸収体層を機械的に分離してその吸収体層が書込時に自由に゛移動″できるよう
にするとともにそれを熱的に隔離する(すなわち、下層の“スペーサパとして、
または被さっている“軟質オーバコート”として、あるいはその両方として機能
する)。
もう1つの改良は成る有機層を用いてそのような゛軟質パッド″のスペーサを備
えることであって、その有機層は下にある反射体層に強力に粘着するようになさ
れているとともにその上に重ねられる吸収体層へ幾分具なった強さで粘着するも
のである。そして、関連する特徴はそのような゛軟質バッド″のオーバコートを
備えることであって、それは上に重ねられる硬質のオーバコートと比較的しっか
りと接合するが下層の吸収体とは異なった強さで接合する。
新規な゛硬質″スーパコート:
上述のように、ここでのもう1つの著しい特徴は、上記説明された゛軟質パッド
゛′オーバコートが好ましくは次に適合し得る“硬質”の外側保護層でスーパコ
ートされることである。
また、さらに特有の特徴として、新規な″″照射硬化ポリマー″の類がここで記
録保存OD(光学データ)ディスクのためのそのような゛硬質”の外側コーティ
ングとして考慮されており、さらにそれに関連する好ましい新規な方法がそのよ
うな材料を用いてそのようなディスクをコーティングするために考慮されている
。
新規なプレポリマー(lure −polymer )の調製は後に述べられて
いる(たとえば、混合物H−1を見よ)。それはそのようなODディスク(長期
の記録保存寿命など)のためのそのような゛硬質″の保護オーバコーティングを
提供することが3図されており、特にそのような゛軟質パッド″オーバコート上
のスーパコートとして意図されている。より具体的に言えば、それは表面の埃な
ど(たとえば、6〜8m1l (1/1000インチ)までの大きさ)を゛デフ
ォーカス″する助けとなる厚さの゛透明な”コーティング(意図されたR/W波
長において透光性)を提供するように意図されており、さらに機械的干渉または
蒸気の侵入(特に、水、水霧、硫酸塩、Na CL または他の塩化物)に対す
る環境障壁を提供するように意図されている。それはむしろ周知のオーバコーテ
ィング(たとえば、゛ガラス”)のように働くよう意図されており、良好な機械
的保護を与える。それによってそのディスクは少々押え付けてもよくなるが、そ
れは指の爪で引掻くような意識的な切断動作に耐える必要はない(注:そのよう
な硬質スーパコーティングがなければ、軟質FEP層は容易に拭き取られ得るも
のである)。
周知の″゛硬質オーバコーティング:
この技術分野の技術音速は類似の保護コーティングのために種々の材料を考えて
きた。たどえば、″溶融シリカ″(s+ 02 、またはSi O)のような“
ガラス状″の形態のオーバコートが共通して提案されてきたが、本件の目的(O
Dディスクなど)のためにはこれらは失格のようである。たとえば、それらは一
般に多孔質性が高くて湿気を取込みすぎる可能性がある。したがって、それらは
脹れ(SWell)でクラックが入る傾向が強く(特に前述の厳しい温度/湿度
サイクリングテストの下で)、またそのような湿気による汚染は光学的特性を著
しく劣化させる。さらに、それらは必要な真空蒸着に関して最適のものではない
(たとえば、数milまたはそれ以上するには非実用的である)。
そのような無機質のオーバコーティングに加えて、技術音速は同様な状況におい
て保護オーバコートを与えるための成るいくつかの有機材料を考えた。たとえば
前述のように、成る技術音速はこのためにシリコーンラバーまた番ま類似のエラ
ストメリックポリマーを用いることを考えた。たとえば、都合良く!温で硬化し
得る成る種のプラスチックであり、一般にそれらは硬化の間に酢酸のような有害
な汚染物質を遊離させる(または米田特許第4,334,233号の゛プラスチ
ックシート”を見よ)。
同様な意図で、我々は周知のフルオロポリマーを用(することを考えた。しかし
、意図された厚さく6〜3m1l )において、典型的なフルオロポリマーの析
出方法は好まし0ものではない。たとえば、それは一般に多くの溶剤の飛散を必
要とする(後で述べる溶剤の飛散とそれに関連する収縮などに伴なう問題を参照
)。さらに重大なことに、これは全体を強く加熱する(約390℃)硬化加熱を
伴な0、一方、当該ODディスクとそれに関連するコーティング番よ約66℃以
上で耐えるようには意図されて(Xな(1(たとえば、それ以上の温度では有機
軟質FEPオーバコートや吸収体層のようケコーティングは破壊されるであろう
し、力箋つ/またはその構成要素は移動したりするであろう)。さらに、そのよ
うなポリマーは゛粘着性″で埃を保持しやすい表面を表わし、また当該読出/書
込波長(600〜900ナノメータ)において最適に透光性のものであるとは考
えられていない。
さらに、そのような硬質保護オーバコートのために考えられたのは種々の“溶剤
ベース″の(溶質を付与された)ポリマーである。しかしながら、これらの乾燥
(硬化)は溶剤の大部分の消散を生じて、問題である大、きな収縮を伴なう。′
したがって、これらの材料は失格のようであって、特に意図された厚さのコーテ
ィングのためには不適のようである(また、これらの材料のそのような分厚いコ
ーティング中にはおそらく気泡などが形成されるであろう)。さらに考慮された
のは“RTV−6” (GE社による)のような種々のパ2部硬化”ポリマーで
ある。しかしながら、これらは付与するのが幾分困難であって、一般に比較的高
い粘性を有している(おそらく迅速かつスムーズな付与のために十分軟化させる
ように、問題である加熱を必要とする)。また、それらは一般にパ脱ガス”問題
を生じ、さらにそれらの多くは比較的高い温度において比較的ゆっくりと硬化す
る(たとえば、約66℃において15分であって、しかもその硬化した材料はし
ばしば粘着性の表面を示し、また傷付けられやすくかつ剥離などしやすい)。さ
らに、そのような材料は一般にあまりにも短い゛ポットライフ(pot −1i
fe)”(1日のオーダ)しか有しておらず、さらに付与において欠点を有して
いる。
考慮されたもう1つの種類の保護材料はPVC(塩化ポリビニル)タイプのもの
であったが、これらは実用的ではないようである。なぜならば、これらは溶剤を
必要とし、さらにより重大なことはそれらが一般に時間とともに結晶化して、許
容し得ることができない光学的“2色性″を生じるからである。この゛2色性″
は必要な読出/書込ビームの伝達と干渉するであろう(続出/書込レーザビーム
は既に偏光などされており、結晶化したオーバコート番よ技術音速が認識するで
あろうように明らかに光学的問題を生じるであろう)。当該好ましい照射硬化ア
クリルポ1ツマ−【よ前述のような問題を生じないようであり、たとえ(fそれ
らは結晶化しなくて゛′2色性”の問題を生じなし)。
゛硬質オーバコート″のための好ましい材料:結果として、前述の種類の化学的
コーティング(よ望ましいものではない。゛照射硬化゛′型のアク1)Jレタイ
ブのポ1ツマ−を用いて成る試みがなされた(アクlノルモノマー、または種々
の添加剤を含むプレポリマー混合物;後で議論される“混合物H−1”に類似し
たもの)。幾分驚きで【まあるが、そのようなオーバコートは適切に付与される
とき(たとえば、後で述べる゛スパイラル”技術参照;適当な゛セツティング界
面粘性材″と適当な゛溶媒平坦イヒ″などを用いる伊前述の要件を(もしすべて
でなくても(まとんと)満たすことができ、一方、他の材料番よそのように満足
し得るものではなさそうである。したがって、この開示のもう1つの目的はその
ような光学データディスクのための゛硬質゛′保護オーバコートとしてそのよう
な照射硬化ポ1Jマー(特にアクリル系)の利用を教示し、さらにそれらをm&
!して付与する関連した方法を教示することである。
以下に詳述するように、好ましし)種類の硬質コート材料じ照射硬化ポリマー″
)は多くの゛アクlルモノマー″からなっている(または、゛ブレボIJマー″
、すなわちさらに高分子化されるオリゴマーまたは樹脂;特に主要成分が適当な
アクリレートまたはアクリルアミドの場合)。好ましい処方箋(混合物日−1)
は、適当なアクIJ Jレエポキサイドとアクリルアクリレートとともにアク1
ル一ト架橋体および関連するアクリレート希釈剤とフォトイニシエータを含み、
さらに好ましくは所定の″セツティング界面活性材″を含む。また、その混合物
の小部分くたとえ(ま、10%)が1つまたはそれ以上の添加剤からなってし1
てもよい(好ましくはUV高分子化に参加する有機物、たとえGfスチレンまた
は類似のビニルエーテル)。
そのようなアクリルはいくつかの理由、?+Xら非常に適切であることが明らか
である。すなわち、それら【よ゛′収縮性溶剤″のような問題の成分を多くは含
んでおらず、またそれらは問題の硬化条件(たとえば過度の加熱)を必要としな
い。それらはめられる特性を有する最終的な“″硬質″高分子オーバコートを付
与するのに特に適しているようである。
また、そのような゛″アクリル照射硬化ポリマー″【ま請求められる“硬質オー
バコート″のその他の要件の【よとんどすべてを満足することが認識されよう。
すなわち、それらは容易には結晶化せず、それらは多量の溶剤成分を含まずある
いはそれに関連する収縮の問題がなく、それら(よ過度の加熱を必要とせずに迅
速かつ都合良く硬化し、さらにそれらは付与するのが比較的容易である(たとえ
ば、低粘性モノマー溶液として)。それらは通常の環境物質による腐蝕や劣化に
対する抵抗において特に優れているようであり、すなわちそれらは゛粘着性”ま
たは埃を吸着しやすいものではなくて、また゛2部硬化″と異なってそれらは広
範囲かつ種々の添加剤と適合する(たとえば、後述の例で見られるように、それ
らの硬化は添加材によって影響されない)。
技術音速は請求められる硬化照射がU■ソース(適切なλと強度など)への数秒
間の露出のように安価で迅速かつ便利なものであってさらに5%はどの小さな収
縮しか伴なわないようなものであり得ることを認識するであろう。あるいは、コ
ストが主要な関心事でない場合には、代わりに電子ビームまたはガンマ線照射に
よって硬化させることもできる。代わりに、過酸化物(触媒)硬化もある場合に
は実施可能である。また、主要な硬化モードがどのようなものであろうとも、成
る場合には光の補助的な熱が硬化の完了を促進させるために与えられることが理
解されよう。
゛スパイラル状°としての付与:
関連する特徴によれば、そのようなアクリルオーバコートポリマーは好ましくは
主サブストレートディスク上にスパイラル状に付与され、その上で均一に分布さ
せられて(たとえば、適当なディスクの回転と成る特殊なフルオロポリマーの゛
セツティング剤″の含有によって)、均等に流れて定着することができる。これ
はその混合物をこの表面上に非常な平滑さと均一な厚さで拡)ブることがわかる
。
たとえばそれはドーナツ状のディスクの数インチの幅(たとえば、14インチデ
ィスクの外側の半分)にわたる7m11コーテイングにおいて±0.7〜7.0
ミクロンはどの小さな厚さの変動を生じる。これは全く驚くべきことである。当
該技術分野の技術音速は、そのようなアクリルコーティングまたは他のコーティ
ングと関係しているか否かにかかわらず、そのようなコーティング技術の簡単さ
や新規な利点は全く注目すべきものであることを認識するであろう。
上述のような特殊な゛セツティング剤”の関連する発明は、驚(べきことに、濡
れ性や平坦化などを高めるような有用な界面活性特性をかなりの度合で与えるの
みならず、その混合物を゛セット°′する。すなわち、スパイラルの列を生じて
、1度ホストディスクに付与されれば自分で平坦化するまで(または適当な平坦
化溶媒と接触させられる)までその位置に“セットアツプ”して留まる。そのよ
うな“セツティング作用″はコーティング技術の簡略化を高めることがわかるで
あろう。たとえば、それはこれらのスパイラルの列を付与する過程において、関
連する遠心力による材料の非対称の変形や移動を伴なうことなくホストディスク
表面をゆっくりと回転させることを可能にする。
この新規な付与技術の1つの変形は゛溶媒平坦化″ステップを含み、ディスク上
の付与された混合物の列は適当な溶媒蒸気との接触によって(ディスク表面に対
して)“ウェット“になってかつ著しい均一性と速度でそのディスク表面に拡げ
られることが可能となる。特殊な溶媒がこのために提案されており、好ましいコ
ーティング材料とサブストレート表面に特に適するものである。
したがって、ここでの1つの目的は前述のおよび他の関連する特徴や利点を提供
することである。より特定的な目的は、゛光学記録層パに隣接する“軟質パッド
”材料の利用を教示しながらそうすることである。もう1つの目的は、改良され
た記録感度や低出力レーザに適するのみならず長期の使用寿命のためのものを教
示することである。さらにもう1つの目的は、フルオロポリマー材料を用いて特
に真空蒸着によって析出させられるそのような゛軟質パッド”層の調製を教示す
ることである。もう1つの目的は、そのような゛硬質″オーバコーティングと、
関連する好ましくA材料と、藺導する付与技術を提供することである。
面の簡単な説明
本発明のこれらおよび他の特徴と利点は、添付された図面と関連して考慮される
好ましい本実施例の以下の詳細な説明を参照することによって、技術音速により
よく理解されて認識されるであろう。なお図面において同様な参照符号は同様な
要素を示している。
第1図は先行技術による記録媒体の理想化された部分の断面図である。
第2図は本発明の特徴による構造を示す新規な好ましい記録媒体の実施例の同様
な図である。
第3図はここでのもう1つの特徴に従ってオーバコート材料を付与する好ましい
方法を概略的に示す図である。
第4図はそのように付与された材料の非常に理想化された断面図である。
第5図は一部変更された条件における同様な断面図である。
第6図は外側コーティング厚さの変化を示す図である。
第8図はテーブルの回転速度とアームの速度をディスクの半径方向の位置の関数
として示す図であり、第7図はこれらの値を示す図である。
典型的なOD記録(第1図;“オーバコート″を備えた3重層):
そのような゛軟質バッド′°の1つの好ましい利用は、上述のようなディジタル
データの光学記録に適用される周知の″“ダークミラー゛°(または調整された
“31「)構造における“スペーサ゛としてのものである。このスペーサはもち
ろん吸収体く記録)層と反射体層の間に配置される(たとえば、そのような媒体
は“ダークミラー″効果を利用している;本分中の他の文献を参照)。
そのような゛軟質バッド″′スペーサの好ましい実施例のいくつかの例を説明す
る前に、第1図に示された典型的な゛3重層′°光学記録構造の機能を以下に簡
単に述べる。
第1図は光学データディスクR−ddの断面部分を概略的かつ理想化された様式
で描写しており、記録3重層丁を支えるサブストレートディスクSと上に被さる
保護オーバコート100を含んでいることがわかるであろう。ディスクR−dd
は、そこへ成るビットを記録するために3重層丁へビームLBを照射する周知の
光源(レーザL)によって記録するために用いられるよう意図されていることが
わかるであろう(吸収体層98内のサンプル゛ビットホール”98−a参照)。
これらのビットは所定の関連する検知手段(DET)を用いて“読出”される。
読出レーザビーム(第1図のLB)の波長はディスクR−ddの記録されていな
い領域が必要な反射防止条件を示すように選択される。読出ビーム強度はディス
ク上に記録されたデータの完全さを乱すことのないよう十分低く保たれる。サブ
ストレートSは、好ましくは必要に応じて平滑化層92を備えた従来の磁気記録
ディスク90からなっている。3重層丁は、反射体フィルム94上の透孔スペー
サ層96を含みかつ層96上に積層された適当な吸収体または記録フィルム98
を備えている。
したがって、反射された読出ビームはデータが記録されたビット位置くたとえば
、゛ホール”98−a)における光学的に検知可能な変化によって強度変調され
ることがわかるであろう。たとえば、読出ビームは“1ビツト″(たとえば、゛
ホール”98−a)を照射しているときに比較的高い反射を受け、書込まれてい
ない領域を照射しているときに比較的低い反射を受ける。保護H100は、その
上表面上の埃粒子が光学システムの焦点面から遠く変位させられて(すなわち焦
点外へ置かれて)記録や読出動作へ影響を与えないように選択されて配置される
。
従来、“書込” (すなわち、薄いフィルム吸収体層98の反射能において、光
学的に検知可能な乱れを生じて“′記録パ)するレーザビームによって、吸収体
フィルム98は成る与えられたビット位置(98−a)において所定の(最小の
)書込温度(Tw)へ加熱されなければならないと考えられている。最小温度T
wのレベルは吸収体98の特性(たとえば、その厚さ、金属学的特性、微細構造
など)に依存し、また下層のスペーサ96の特性のみならずスペーサ96と吸収
体98の間の゛界面特性”に依存し、またオーバコート100と吸収体98の間
の界面特性にも依存し得ると考えられている。
゛ビット位置”(たとえば、書込レーザビームがフォーカスされると考えられる
領域9.8−a)への書込に関して、この必要な最小゛記録温度=lTwへ到達
するのに成る有限時間が必要であることがわかるであろう。しかし、“ビット位
置”98−aがそのように加熱されている間、通常はその与えられた熱のい(ら
かが下にある1m体スペーサ96を介して(おそらく100をも介して)逃げて
“浪費”されると考えられている。そのように熱が失われる限り、もちろん、よ
り多くの時間/エネルギが゛書込″のために必要であり、すなわちそれだけ記録
感度が劣化する。また、そのようなヒートロスは記録の品質を低下させ、それに
よって媒体の″“記録密度”を減すると考えられている。
“3重層スペーサ″としての軟質パッド:好ましい材料:本発明によれば、成る
゛軟質パッド” (たとえば、フッ化炭化水素ポリマー)材料がそのような誘電
体スペーサ層96(第1図)として都合良く使用し得ることが発見された。そし
て、重要なことに、そのような゛軟質パッドスペーサ”の使用は著しく書込エネ
ルギの浪費を減少できることがわかった(すなわち、ビット位置における小さな
書込エネルギの損失)。
好ましい材料の1つはPTFE (ポリテトラフルオロエチレン)ポリマーであ
って、もう1つはFEP (フッ化エチレンプロヒ◆ン)ポリマーであり、どち
らも商業的に(たとえば、デュポン社の商標である1“テフロン″という名で)
入手可能な“フッ化ポリマー″である。そのようなフッ化ポリマーは反射層94
(第1図)上に薄い均一な層として蒸着することができ、特に、たとえば以下で
議論されるように適当な融液からの真空蒸発によって行なうことができる。その
ようなコーティング材料は゛真空蒸発/析出°゛された状態にあると考えられる
。なぜならばそれらはそのような析出の後に゛一部変更された″状態にあると考
えられているからである。
サンプルO;比較基準(SiOzスペーサ):3重層丁の調製:(第1図):
ようなサビング(5ubbin(] )層92で適当に平滑化されたアルミニウ
ムディスク90上に、反射体94として施される。
アルミニウム94は、均一性を高めるために大きなコーティング距離とサブスト
レートの“2型回転″とを備えた対応する大きなバッチ型のコーティングチャン
バ内で高真空において蒸発させることができる。構成部分上のすべての埃や汚れ
は厳格な゛クリーンルーム″技術を用いて完全な最小値まで減少されねばならな
い。
スペーサ96は反射体94上に同様に析出させられる。
本実施において、スペーサ96はレーザスペクトルの“動作部分パに対して比較
的透光性の誘電体材料として働く。
から当該目的のために(たとえば、λ=6328Aでの書込/読出のため)用い
られるものであろう(注: 光学的観点から、厚さts=nλr/2のスペーサ
は“消失”するであろう)。
吸収体層98はスペーサ1ii96の比較的平らな(〜≦λ/20)記録表面上
へ蒸着(熱的蒸発)されたテルルの比較的薄い層からなっていると考えてよい。
ここで、50Aのオーダの厚さのテルルのフィルムは、例示的吸収体層と考えら
れる。テルルの類似の利用は、今日当該技術分野において知られている(たとえ
ば、上記引例を参照:またAshとA11enによる°“データ記録のために用
いられるテルルのフィルムの光学的特性”、5PIEp roceedings
、 # 222 、1980参照:およびRancourtによる“′テルル光
学データディスクの設計と製造”、5PIE Proceedings、 #2
99.1981参照)。
低融点と低伝導性を有するテルルまたは他の゛吸収体金属″が一般に技術音速に
好まれる。なぜならば、それは優れた感度を示し、そして必要な(スレッショル
ド)レーザ書込出力を最小にすると考えられるからである。その劣った記録保存
性のために、それはここでは特に推薦されるものではない。しかし、それは技術
音速によく理解されているので(夫妻その″“変形的″ホール形成機構がここで
教示されるような゛軟質パッドスーパコート″の利点を用いるのによく適してい
るようであるので)本発明を説明する目的には非常に有用である。
たとえば、Be1lと3artOIiniの米国特許第4,222゜071号に
おいて、同様なテルルの記録フィルムは、約20%の光学効率の仮定の下に適当
な続出を達成するために、その上への書込のために15mWのオーダのレーザ出
力を必要とするように説明されている。その目標は、記録されたビデオ信号を約
40〜50dBのS/Nまたは“′放送品質″で再生できるようにすることであ
る。米国特許第4゜222.071号はまた類似の構造を説明しており、それに
よれば固体のGa−A旦−ASインジェクションレーザが用いられて、ディスク
が動かされている間にその記録表面へ直径約1ミクロンの連続的なR/Wビーム
を与える(または米国特許第4.334.299号のビデオ記録材料参照)。
ここでは、テスト記録は6328Aで動作するガス(He −4Je )レーザ
ビームを用いて30〜470n 、 secの記録露出(通常は10m Wで4
On、secまたは約4001)J)で行なわれる。これは同一のまたは同様な
レーザ装置を用いて最小の適当な読出(または約40dBのS/N )を生じる
ように意図されており、そのときにたとえば150〜500DJ/cm2の低出
力で読出される(ここで1)J= 10− ” watt−secまたはジュー
ルである)。この意図された設定において、レーザビームは1/2から1ミクロ
ン直径(すなわち、5000〜10000A)のビット位置上にフォーカスされ
るように意図されていて、それは約4On、sec長さの書込パルスである。ま
たこれは18Q OrpHlのディスクの回転とそれに関連するガルボミラー(
galvo−mirror)フォーカスの特性に適応する。
当該レコードR−dd(第1図)はその上にそのように記録される。文献などに
おける比較し得る状況に関して、比較的゛中位の出力″のレーザパルスがTeフ
ィルムを十分に加熱して溶解し、周知の゛″ビツトまたは“クレータ”を生じて
、非常にわずかの゛°ノイズを伴なうが良好な続出(たとえば、λ=6328A
において1〜3%のバックグラウンドに対して約50%のビット反射率)を与え
得ることがわかった。
以下は本発明による゛軟質パッド”材料を用いた多重層光学媒体のための好まし
い構造の多くの例である。
サンプル■(スペーサとしてのFEP):以後に説明される以外はサンプルO(
比較基準)が複製される。
この場合、光学データディスクは研磨されたガラスサブストレートを備えて構成
されており、そのサブストレートかれており、次にそのアルミニウム上には約1
100A厚さの゛軟質パッド″スペーサ層としてのFEP (フルオロエチレン
プロピレン)コポリマーが重ねられ、さらにそのスペーサ上には約66A厚さの
テルル吸収体フィルムが置かれている。反射体、スペーサ、および吸収体の層は
、上述のような良好な本実施に従って、単一の共通な装置を用いて真空蒸発によ
って単一の連続的手順によって析出させられる。
゛軟質パッド”スペーサの熱的有効性を最も劇的に示すためには横方向の最小の
ヒートロスを有する吸収体を用いなければならない。Teは実際には最適ではな
いが、ここで主に提示する。なぜならば、技術音速はそれに非常に慣れているし
、その有用な性能なも知っているからである。
もちろん、Teはここで理解されているように“記録保存性″が良くなく、した
がって長期の“記録寿命パが必要な場合には他の吸収体が示されるであろう(他
の場所で引用されているR ancourtや、A、shなどによる文献を参照
)。
技術音速は、Amフィルム上へFEPやPTFEのような有機材料の薄い層を高
真空の蒸着によって形成する好ましい方法に習熟しているであろう(同様な析出
に関して引用されたR ajlQOurtの文献参照)。好ましくは、その材料
は高真空チャンバ内の“ボート”またはそのような容器内で抵抗線加熱される。
たとえば、FEPロッドはそのボート内に置くのに都合のよい寸法に切断される
。FEPの沸点は非常に低いので、それを蒸発させるためには比較的小さな熱し
か必要としない。電子銃蒸発は好ましくなく、なぜならばFEPを分解するであ
ろうからである。また成る場合には、” p arylene”′(商品名、ユ
ニオンカーバイド社)のような類似の塩化炭化水素と置換えることもできる。
FEPの“変種”形態のものもそのように析出されることがわかるであろう。た
とえば、デュポン社による“テフロン140”のような比較的高い分子量のフル
オロポリマーがロッドから小片に切断されて真空蒸発されるとき、我々はそれが
Am反射体フィルム上に異なった″ポリマーとして析出すると考える。すなわち
、それはおそらく低分子重量のものであって短いチェーンによって特徴付けられ
、もし全体のものであるならば弱くクロスリンクされたものであろう。たとえば
、それは非常にソフトで弱く結合されているので、指で摺ればそれは拭き去られ
てしまうであろう。おそらく、高真空におけるそのような加熱の後にFEPが分
解され、そしてそれが凝縮して再高分子化するときに比較的冷たいAl1表面へ
移動する。一方、空気中でそのように加熱されれば、FEPは過フッ化プロピレ
ンとテトラフルオロエチレンモノマーに分解すると考えられている。
FEPやPTFEのようなフルオロポリマーは水素の一部または全部がフッ素で
置換えられており、全体としてパラフィンのような構造である。どちらも商品名
゛テフロン″でデュポン社から売られている。それらは非常に不活性(反応性の
化学薬品に影響されない)であって、意図された厳しい温度や湿度の下において
も化学的機械的に全く安に接合するようである。
” F E Pコポリマー”はテトラフルオロエチレンとへキサフルオロプロピ
レンの重合によって作られる。FEPは290℃の結晶融点を有しており、その
分子構造は主に次のような直線状のチェーンからなっている。
PTFEは、テトラフルオロエチレンの(遊離基開始反応された)高分子化によ
って形成された高い結晶性の完全にフッ化されたポリマーである。PTFEポリ
マーは327℃の結晶融点を有しており、その分子構造は主に次のような直線状
のチェーンからなっている。
+ CFz −cF’F刊F
また、そのようなAmサブストレートは幾分活性で、高分子化やクロスリンクを
促進することができる( ” Z iegler触媒”のように;たとえば、M
、S、Toyによる文献であるJ、Polym、SCi、、Vol、34,19
71.D、273を参照)とともに、All金属またはAu中間化合物と比較的
強い化学的結合を導入し得る。
そのような場合、FEPのクロスリンキングはAllフィルムに直接接触すると
ころで最大となるように期待され、AmからFEPスペーサ厚さ方向に離れるに
従って減少するであろう(これはめられるパ吸収体隔離″や高められた感度など
を得るために重要であるかもしれないし、そうでないかもしれない)。
本目的において、パ感度”は書込エネルギEw、すなわち指定された最小の続出
を与えるに十分なほど反射能(またはそのような読出特性)を変えるのに必要な
レーザご−ムを特定することがわかるであろう。
ここで、フォーカスされた書込ビームの強度と露出時間は、反射能において指定
された変化を生じるように吸収体層98の温度を上げるのに十分なものであるこ
とが理解されよう。その変化は、たとえば当該分野の技術音速によって理解され
ているような適当なコントラストであるSlN比が実現されるように必要な読出
品質などを与える:約15MHzのバンド幅に関して40〜50dBの典型的な
S/N比(RMSノイズに対するピークツーピーク信号)を参照。
レーザ記録は、第1図に関連して言及された一般型の装置を用いて2400 r
l)mの回転において、完成された光学媒体上になされる。ヘリウムネオンレー
ザが再び記録のために用いられる(0.633μmの波長)。媒体フィルム98
上にフォーカスされたレーザビーム゛スポット”は約0.5μmである。そのよ
うな記録の感度は非常に良好であって、サンプルOのような従来のものから予想
されるものより良好であることがわかるであろう。たとえば、テストによれば4
、許容し得る記録のために必要な書込エネルギは予想されたものの約1/2だけ
であり、ビット位置からスペーサへの書込熱の漏れはFEPを用いれば非常に小
さいことがわかった。すなわち、そのFEPは全く望ましいものであって、たと
えば、明らかに“感度”を高める助けとなる。
また驚くべきことに、FEPは望ましい接着性を与え、その接着性はどちらかと
言えばA1反射体フィルムに対して強力であるが、上に被さっている(Te )
吸収体フィルムに対しては異なっているようである。
この高められた感度はFEPの厚さ方向における前述のクロスリンクの変化で一
部説明することができ、またFEPとの強い接合に対する吸収体の不親和性で説
明することができる。上述のように、クロスリンクはAm層と直接接していると
ころで最大であって、へ隻から離れるにつれ減少(低密度)して、Te吸収体に
接するところで最も弱いことがわかった。クロスリンクと接合におけるこの差は
吸収体からの熱の漏れを減少させるように働き、またその吸収体に書込まれると
きのビット位置の変形または移動によりよく順応する。すなわち、この゛軟質パ
ッド”スペーサは書込の間に吸収体98−aに隣接して都合良(変形し、“ホー
ル″の形成に対してほとんどまたは全く抵抗とならないようである。これはこの
サンプルが示す高められた感度の原因の一部と考えられる。
Ai反射体へのFEPの強力な接合は、長期の厳しい温度/湿度サイクリングの
後に特に明らかである。すなわち、他のスペーサ層は剥離することがわかったが
、この接合は耐えた。また、光学的“スポット″または他の収差(Amフィルム
における)はそのような温度/湿度サイクリングによって引起こされなかったが
、シリカのスペーサを用いるときはそれが生じる。シリカのスペーサは、あまり
に多孔質であって過剰の湿気を吸収するなどして、低い゛″記録保存性″のもの
となる傾向になることが明らかである。
さらに、FEPは比較的低い屈折率(最適値より幾分高い値である溶融シリカの
約1.5に対して約1.3)を備えたすばらしい光学透明層を与える。
技術音速が認識するであろうように、成る場合には、これに代わってプラズマ高
分子化または弛の技術による析出も実施可能であろう。
また、技術音速は他の類似の゛軟質パッド”ポリマーが真空蒸発によって同様に
析出させ得るかもしれないことを考えるであろう。しかし、その選択はむしろ厳
しい当該要件の観点から幾分限定されるであろう。好ましい材料と厚さは種々の
ものに適することがわかった。たとえば、多くの場合において、このスペーサ(
または以後に述べられるような“軟質パッド″オーバコート)の材料または厚さ
を変えることなく、異なった吸収体金属を用いることができる。
サンプルII(e酸体上の5102オーバコート):吸収体層が約2000A厚
さの溶融シリカ(st 02 )の保護層でコートされる以外はサンプル■のデ
ィスクの構成が複製される。
結果:
サンプルIと同様に、感度は満足し得るものであるが幾分劣化することが予想さ
れる。また技術音速が知っているように、その5i02は湿気を吸収する傾向に
あって、それと関連して問題のスウェリング(膨張)を起こして光学的特性を劣
化させる。
ように一部変更されたサンプル0(Si○2スペーサ)とこのサンプル(1)と
を比較することは意義あることである(その一部変更されたサンプル0はここで
サンプル■−Aとし、それはst 02層間に吸収体がサンドインチされている
)。
サンプル■は°″低いが許容し得る″読出を生じ、サンプルIt−A(すなわち
、オーバコートされたサンプル0)は十分な読出を与えなかった。これは感度に
おける著しい差異であって、今まで十分には認識されてぃなかったものである。
またこれは改善された熱保存性とパ軟質パッド″スペーサの機械的順応性による
ことが明らかである。
同様な(わずかに異なるが)改善は、吸収体の下でなくてその上に“軟質パッド
師が置かれたときに見られる。そのような“軟質パッド”は、たとえばこの例1
[−Aの吸収体直上に、後で述べる例Aのような“硬質/軟質″オーバコートと
して重ねられる(Si 02オーバコートを“硬質/軟質゛′オーバコートで置
換える)。すなわち、そのような吸収体に(上および/または下に)隣接して置
かれたそのような“軟7質バッド″が感度を高めると結論され、特にそれは゛′
軟質パッド″がSiC2のような従来の比較的硬いフィルムと置換わる場合であ
る。
吸収体上のスーパコーティングとしての゛軟質バッド″:前述のように、そのよ
うな゛軟質パッド”層は吸収体層上にスーパコートされた゛バッファ(緩衝)”
としても考えられ、たとえばその吸収体層を熱的かっ機械的にさらに隔離する助
けとなり、特にそれは類似の°゛軟質パッド”が吸収体の直下に存在する場合で
ある。たとえば、これは書込エネルギの保存においてさらに助けとなるとともに
書込加熱されている間にパビットホール”に対して移動または変形する自由をさ
らに与える(たとえば、非常に拘束されたホール形成と考えられているシリカの
スーパコートと比べて)。両方のことを考慮すれば感度は高められる筈である。
そのようなことは、後に示すサンプル■のような場合であることがわかった。
前述のタイプの゛軟質バッド°′層は吸収体(たとえば、前述のTeフィルム)
上のバッファスーパコートとして部会長クイ〔用し得ること(特にこの“軟質パ
ッド″スーパコートが次に゛硬質″障壁層を伴なってオーバコートされる場合)
を発見する過程において、我々はそのような゛軟質パッド″スーパコートが好ま
しくは次のような特性(表I)を示すべきことを知った。
表 ■
(゛軟質パッド”スーパコートの必須要件)1、 光学的適合性: (R/W)
λにおける良好な透光性。
込”とそれに伴なう吸収体の変形および/または移動に対して全(またはわずか
じが抵抗とならず、さらにオレンジビール(蜜柑肌)や剥離などを生じない。
4、(”硬質”)オーバコートに対する強力な接合=5、 意図された環境の下
に安定: (すなわち、温度や湿度の変化さらに汚染などにかかわらず安定):
たとえば、劣化することなく使用温度に耐え(ホール形成位置に近接したところ
でさえ):化学的にも安定:たとえば、硬化中やまたは厳しい温度と湿度のサイ
クリングの下においても溶剤または他の汚染物質を放出しない。
6、 軟らかさと圧縮容易性: #3におけるように移動/変形を可能にし;オ
ーバコーティングによる感度の劣化を最小にしたビット書込に適応するように十
分に分厚い。
7、 良好な熱絶縁性: たとえば、低い熱放散性、低い比熱;製造温度と゛書
込”の温度に耐えること。
ところで、他の技術音速はそのような吸収体のためのいくつかの種類の高分子ス
ーパコーティングを提案した。たとえば、米国特許第4.101.907号はそ
のための“シリコーン樹脂”について述べており、たとえばそれはゼネラルエレ
クトリック社のRTV615またはRTV602(これらは成る硬化剤によって
空温で硬化する)またはダウコーニング社のS ylgardl 84があり、
これらはチタン上に使用されるように提案されている。これらは好ましくはsr
02の介在パ障壁層”または成る複合有機材料を伴なう。
サンプル■(吸収体上のFEP):
吸収体フィルムが約950OA厚さのFEPの層(スペーサ層と同様のものであ
ってSiO□スーパコートを伴なわないもの)でカバーされていることを除けば
サンプルIのディスクが複製される。
結果:
サンプルIと同様であるが、それより少し多いビット書込エネルギが必要である
。しかし、そのエネルギはサンプル■(吸収体上にSi 02 )の場合よりは
るかに小さい。
サンプル■:
サブストレートディスクが標準的アルミニウム“ウィンチェスタ−″ディスク(
コンピュータ媒体のために商業的磁気記録ディスクにおいて用いられるもの)で
あることを除けばサンプル■のディスクが複製される。
結果:
本質的にサンプル■と同様である。
変わり得る“軟質パッド″の実施例:
技術者性は、そのような゛軟質パッドスペ・−サ”が適当な場合においては他の
方法で実施し得ることを認識するであろう(たとえば、他の比較的不活性で安定
かつ長持ちし、ざらに不完全に硬化するかまたは弱く高分子化して軽くクロスリ
ンクした゛軟質”ポリマーを用いて:たとえば一部変更されたポリテトラフルオ
ロエチレンであって一般に同様に分解して再高分子化するクロロフルオロポリマ
ーまたはその他の類似の変種フルオロポリマー)。゛軟質パッドスーパコート”
に関しても同様である。また適当な場合には他の析出技術も実施可能であって、
たとえばグロー放電のようなプラズマ析出技術(特にフルオロカーボンに関して
)またはスパッタリングを用いることができ、特に化学的分解が完全でない場合
に実施される。また技術者性は光学吸収体を変えてもよく、たとえば他のよりよ
く適合し得る高感度の薄いフィルムであってその軟質パッドと適切に結合する低
熱伝導材料に変えてもよい。さらに、技術者性は、そのような゛軟質パッド”層
が有利である類似の他の応用を考えるであろう。たとえば、類似の他の記録フィ
ルム上および/または下の“隔離層”として、または後で述べられる゛硬質オー
バコート”のような比較的“硬質″′のコーティングとTeフィルムのような記
録層との間の圧縮可能な軟質中間層として考えられ、特にこの゛軟質パッド″は
その硬質オーバコートと良好に接合してその記録層と適当に結合する。技術者性
は単層または2重層の形態のODD記録層についての類似の応用をも知るであろ
う。
好ましいオーバコートの実施例:例A、第2図(゛硬質/軟質″オーバコート0
−C):
第2図のディスクRo (第1図に倣ってごく小さな概略断面が示されており、
説明される以外のものは本質的に第1図と同じである)は上述の特徴を有する好
ましい例を示しており、特に吸収体記録フィルムをカバーする“軟質パッド”層
上に付与される″゛硬質オーバコート、すなわち新規な°“硬質/軟質゛′オー
バコーティング構造O−Cを(概略的に)教示している(サブストレートS 上
に与えられた前述と同種のODD”3重層”T−1の一部である吸収体e上の軟
質パッド層fと硬質コートgを第1図と比較せよ)。ここで、この概略図を参照
して説明する。
特に説明する以外は、(ここで、またすべての実施例に関して)ここでのすべて
の材料や方法および装置はこの良好な実施例に従って上述のようにまたは他の周
知の手段によって実施されることを理解するであろう。この説明の過程において
、成る状況の下において有用であるいくつかの変更例も指摘されるであろう。
サブストレート:
サブストレート部分はアルミニウムサブストレートディスクAとして考えてよ(
、それは必要に応じてその表面を十分に平滑にするために平滑化1またはサビン
グ層Bで処理される。したがって、サブストレートAは好ましくはアルミニウム
合金の通常の゛ウィンチェスター″ディスクであって、たとえばコンピュータの
メモリシステムにおいて用いられるようなディジタルデータの高速磁気記録のた
めの製造用ディスクとして典型的なものである。そのようなディスクの表面は、
技術者性がよ(知っているように、通常はダイヤモンド研磨または他の方法によ
る平滑化によって磨かれている。この代わりに、ある場合には適当なガラスまた
はプラスチックのディスクを代用してもよい。
゛°サビング層Bはよく清浄化された裸のディスク表面に与えられることがわか
るであろう。・その゛′サビングは、好ましくはサブストレートAの表面上の微
細な不規則性を゛ホールサイズ(たとえば、直径で約0.5μmまたはそれ以下
)以下の良好なものに平滑化する有機材料からなっている。技術者性が知ってい
るように、もしその表面が既に十分平滑であるならば(たとえば、高度に研磨さ
れたガラスディスクが用いられる場合)、サビング層は必要でないかもしれない
。
そして、このサブストレートは、約1800(〜数千)rpmで使用される良好
な表面平滑性を備えた14インチディスクからなっていると理解される。
所定のエネルギと波長の照射(レーザ)ビームがレーザソースしく第1図参照)
から媒体Roへ与えられることが理解されよう。その照射ビームは、゛書込パの
過程において記録層e上の意図された読出に適する゛ビットIZ11ホール″ま
たは類似の光学的゛特異点″(たとえば、第1図の98−a位置に類似するもの
)を形成するために゛書込時間”において活性化されてフォーカスされる。さら
に特定的に言えば、たとえば直径0.8μm (すなわち、8000A)のi
om wのガウス形ビームを用いて45IIl/seCでスキャンすることによ
って成る最小の長さと幅(たとえば、0.8μm2であって、しかし必ずしも矩
形9円形。
または他の所定の形である必要はない)の光学的変調を形成するように意図する
ことができる。ところで、たとえば記録保存レコードに関して技術音速が認識し
ているように、この要件は従来の手段にとってあまりに厳し過ぎるものである。
そして、各゛ビット”(ビット)が記録される場所において、°゛反射防止”バ
ックグラウンドは高コントラストの続出に適する“ビットマーク”を生じるよう
に崩壊させられる。また、付録波長がシフトさせられるところでは、スペーサの
厚さは同様な結果を生じるように容易に変えられる。この“調整された″(“3
重層”または°゛ダークミラー゛′構造において、吸収体e上の表面反射率は吸
収体厚さとスペーサ厚さを調節することによってO″または他の選択された値に
することができる。ここで、゛3重層”は1つの面上に吸収体を備えかつ他の面
上に反射体を備えた透光性のスペーサからなっているものと理解され、それらの
層の厚さは技術音速が知っているであろうように゛光学的調整″のために調節さ
れる。
したがって、コーティングのパラメータは、好ましくは書込ビームがこの吸収体
層上にフォーカスされるときに意図された記録周波数においてコートされたディ
スクに″反射防止″条件を与えるように選択されることが理解されよう。そのよ
うなことに関して、上述の記述と3ell とSpOngによる“光学記録のた
めの反射防止構造” 、 Journalof Quantum l:Iect
ronics、 Vol、’QE 14. NO,7゜JulV1978参照:
また一般的な先行技術に関して、Bartolyniなどによる゛光学ディスク
システムの出現″、IEEE Spectrum、August 1978.1
)、20、およびパ光学記憶材料と方法” 、 S P I E Procee
dings。
VOl、177、○ptical l nformation S torag
e、 1979.1)、56の文献例を参照。
記録部分(゛ダークミラー″タイプ):に、適当な下層の“スペーサ層”dとそ
のスペーサdの下の反射体層″Cを伴なった“吸収体層”eと考えることができ
る。この開示のもう1つの態様として、そのような層(c 、 d 、 e )
は好ましくは単一の高真空チャンバ内で適当な材料を用いて連続的な蒸発コーテ
ィングシーケンスによって与えられ、また好ましくは後で述べるように“軟質パ
ッド′°オーバコーティングfも同時に付与される。
この代わりに、これらの付与はフィルムを作成するための前述のタイプの適当な
プラズマ高分子化技術または他の適当な方法によって行なうこともできるであろ
う。
技術音速は、共通の析出装置を用いるそのような一連の類似の析出ステップに適
応し得る材料と技術の開示を長所として認識するであろう(たとえば、特にスペ
ーサ層dと軟質オーバコーティングfの両方が類似の°゛軟質パッド”からなっ
ている場合に)。
反射体層Cは好ましくは上述の蒸着アルミニウムのような高い反射能の金属の層
からなっており、たとえば意図された照射において層Cを通して見たときに層C
が゛ちょうど不透明″になるまで析出される(蒸着反射体の作成について知識を
有する技術音速がよく知っているように、反射体は分厚すぎると反射能が劣化す
る)。技術音速が知っているように、意図されたR/Wの波長において十分な高
反射率を示す限り他の金属を用いることができる。しかしながら、十分な注意が
払われなければ、代用反射体金属はA見がFEP (また同等なスペーサ材料)
に関して示すような反応性や接合作用を生じないであろう。もう1つの選択は交
互に高低の指数の誘電体フィルムを1/4波長反射体とともに用いることである
。
スペーサ層dは、反射体層Cおよび吸収体層eとの組合せによってその″3重層
′′アセンブリの反射率をゼロまで減少させるか、または他の予め決められた成
る反射率値まで減少させるように働くよう意図されている。その用いられる材料
は、好ましくは意図されたR/W波長に対して比較的゛非吸収性”でありかつ高
い透光性のものであろう。
スペーサdの厚さはその光学的特性に依存し、かつこの3重層内の他の層の光学
的特性にも依存するであろう。好ましくは、0.5〜1.5の1/4波長の厚さ
が用いられよう。この代わりに、技術音速が知るであろうように、多重の1/2
波長厚さを加えてもよい(注:光学的見地から、厚さTs=nλr/2のスペー
サは見えなくなる”であろう)。
ここでの(上述の)特徴は当該スペーサ材料が好ましくはF”EP、PTFE、
または類似のフルオロポリマーからなっていることであって、好ましくはたとえ
ば共通の真空装置内において上述のように層Cとeとともに(また必要に応じて
Hfとともに)蒸着される。
層e (第2図)は照射作用゛書込エネルギ″が集中される吸収フィルムである
。サンプルIの吸収体を利用し得る。
オーバコート部分:
゛軟質パッド′°コーティングfは、好ましくは都合の良い厚さくたとえば、数
千へ)のFEPまたは類似のポリマーからなっている(たとえば、都合良くかつ
好ましくはスペーサ層0と同じ材料でかつ同じ析出方法である)。それは好まし
くは上述のFEPコーティングとして吸収体e上に調製されて析出され、最も好
ましくは便利のために3重層T−Lとともに同じ析出シーケンスにおいて重ねら
れる。
″°3重層重層用いる場合、1またはそれ以上の1/2波長として析出される層
fを用いて厚さを検知して制御することが便利であろう。技術音速が認識するで
あろうように、多(の1/2波長の厚さはその軟質オーバコーティングを光学的
に゛消失”させて、吸収体層に与えられる読出/書込エネルギを反射しないであ
ろう(これはシステムの効率を減少させよう)。
°゛軟質パッド”スーパコーティングfは上述のように意図されたR/W波長(
λ()に対して高い透光性であるのみならず、感度を最大にするために十分に変
形して圧縮し得るものであってかつ比較的低い比熱を有する比較的無孔質性で熱
的に絶縁性のものである。また、それは重ねられる障壁層にしっかりと接合し、
しかし下にある吸収体とはどちらかといえば弱く結合しくたとえば、その吸収体
は好ましくはその゛バッド″に対して比較的非反応性のもの)、またもちL/v
、フラッシュ中間コーティングを用いることもできる。またそれは化学的に安
定かつ適合し得るものであって(レコードRoにおいて汚染物質を放出しない)
、かつ隣接層(すなわち、吸収体eと硬質コートg)と熱的かつ機械的に適合し
得るべきである。また理想的には、それは付与するのが便利でかつコスト効率の
良いものである(たとえば、層c、d、eと同じ析出方法と装置を用いて)。
上述のような(真空蒸着などされた’)FEPとPTFEは、(上記の表■で要
約されているような)これらの厳しい要件のすべてではないにしてもそれらのほ
とんどに適合することがわかろう。しかし、適当な場合には他の類似の材料(た
とえば、類似の゛弱く高分子化″されたフルオロポリマー)が適するであろう。
また、そのような“軟質パッド”が吸収体をその両側からサンドイッチ状に挾む
とき、それによって与えられる“熱的機械的隔離″は著しいものであることが認
識されよう。
隣接するコーティングとの適合性や接合を最適にするために(たとえば、゛硬質
″オーバコーティングへの付着性を高めかつ/または下にある吸収体・層との接
合を弱めるために)゛軟質パッド″オーバコーティングfのその後の処理が必要
であるかもしれない。たとえば、軟質FEPスーパコートの表面上に真空蒸着さ
れた数原子層の酸化珪素(Si O2)またはAi、O,は、後で述べられる照
射硬化型のアクリル樹脂のような硬質オーバコーティングgの濡れ性などを高め
るためにしばしば好ましいものであることがわかった。ここでの特徴として、そ
のような1゛軟質パツド”スーパコーティングは、その上の硬質スーパコートに
対して強い接着性を与えるが下にある吸収体層に対しては比較的弱い結合である
ことがわかる。
吸収体e上(すなわち、外側部分)のオーバコーティングO−Cの残りの部分は
(ここで関連する特徴に従って)゛°硬質″オーバコーティング層gで形成され
て、好ましくは後で述べられるアクリル樹脂製である。これは外側の機械的保護
や(パッドfとともに)必要なデフォーカシング厚さを与えるためのみならず、
良好な蒸気障壁や静電防止表面として働く。硬質オーバコートΩのための好まし
い調製とそれを付与するための関連する好ましい方法は後で詳述される。
層9の厚さは、ある程度まで、用いられる光学システムに依存する(たとえば、
対物レンズにおける球面収差の補正が関係するであろう)。この実施例に関して
100〜180ミクロンのオーダの厚さが全く適することがわかった。
結果= (例A、第2図):
上で提示された“硬質/軟質″オーバコートの実施例(たとえば、特に後述の例
■のようなアクリル樹脂が第2図のような下層の吸収体である3重層などととも
に上述の例■のような゛軟質パッド”上に付与される場合)は、驚くべき良好な
感度(たとえば、厚い5i0zオーバコートが吸収倉に被さっている類似のレコ
ードより優秀)を与えるのみならず上述の他のめられる特性(たとえば、表I)
をも与えることがわかるであろう。
もちろん、技術音速はこの実施例(例A)がどちらかといえば概略的に述べられ
ていることがわかるであろう。
°゛硬質″と゛軟質パッド″のコーティングの材料や析出などのより詳しい特徴
は他の部分で述べられる(″硬質”は例■などを参照;゛軟質パッド″はサンプ
ル1.Iなどを参照)。
すなわち、概略的に上述された゛°軟質パッド”オーバコートは他の部分のいく
つかの例において詳述される(たとえば、構造、材料、調製、使用などに関して
サンプル■。
■などをその示された結果や有利な特徴とともに参照せよ)。たとえば、そのよ
うな゛軟質パッド”(FEPまたはPTFE)は溶融シリカのような通常のコー
ティングより優秀なものである(たとえば、必要な書込エネルギを減少させ、環
境に対する長くかつ良好な安定性と有効性を与え、それはたとえば適当な゛″硬
質オーバコーティングと組合わされたときに湿気の吸収という観点において著し
い)。
形成される゛硬質″オーバコートはそのような保護的外部コートの予想される通
常の特性(たとえば、硬度、擦傷抵抗性、非粘着性)を示し、容易に清浄化され
(たとえば、埃、油、指紋)、λ に対して透明であって、さらに水蒸気や酸素
などのような汚染物質に対して低い浸透性を示す。
さらに、それは“軟質パッド゛′に対して十分に接合する。
そのような硬質コート材料は(良好な本実施に従って)スピンコーティングによ
って付与され、または技術音速に知られている他の適当な技術によって付与され
る(たとえば、成る場合には、スプレーコーティング、どぶ潰コーティング、流
れコーティングまたはカーテンコーティングが代わりに実施し得る)。後で詳述
されるような照射硬化型のアクリルコーティングは多くの場合に適するものであ
ることが理解されよう。
硬質/軟質オーバコーティングのための他の材料:適当な場合には、他の°゛軟
質パッド”および/または゛′硬質オーバコート”材料がここで詳述された好ま
しい実施例に示された機能のすべてまたはい(つかを発揮するように用いること
ができることを技術音速は理解するであろう。たとえば、成る場合には硬質オー
バコートが透光性のシートの形態をとってもよい(たとえば、“軟質パッド”上
に被せられた水晶または同様なガラス状の材料、逆の場合も同様)。また成る場
合にはその゛軟質パッド”は硬質コートのための接着剤としても働き得る。
好ましい゛硬質オーバコート”材料:
前述のことを発展させて、我々は次に上述のような保護的゛硬質″オーバコーテ
ィング(たとえば、第1図や第2図などのODディスク状の“軟質パラドパに被
さるスーパコーティングとして)用いるのに特にかつ驚くほど適した種類の材料
を述べる。その後に、我々はそのような゛硬質コーティング″材料をODディス
クまたは類似の構造に付与するための好ましい新規な関連する技術を述べる。
例I: (サンプル■上の゛硬質”コーティング:am。
付与、硬化):
この例はサンプル■の実施例に(吸収体に被さるFEP゛軟質パッド″スーパコ
ート上で)応用される好ましい照射硬化型のアクリル硬質コーティング混合物1
4 HI ITの調製と特性を述べることを意図しており、またこれをサブスト
レートに付与してそれをその場で硬化させる一般的な方法を述べることをも意図
しており、またその後でこれを所定の光学データディスクへ付与するための特定
の好ましい方法の詳細が述べられる(第3図と第4図に関連する記述を参照)。
空温とその他通常の条件における作業によって、次の゛硬質オーバコート″ポリ
マー混合物H−1が約7m1l厚さの゛硬質”保護オーバコーティングとして付
与されるよう意図されて調製され、それは所定の光学データディスク表面上に均
一にスプレーされて硬化する前述の特性を有している。この表面は、適当に処理
されたアルミニウムディスクサブストレート(たとえば、その上に平滑化予備コ
ートを有する)とその上に重ねられた3重層の光学記録母体とさらにその上の真
空蒸着された薄い(約9500A厚さに蒸発されて析出されて高分子化されたF
EPまたは類似の゛軟質パラドパフルオロポリマー) ゛軟質パラドパスーパコ
ーティングとからなっていると考えてよい。すなわち、そのような“変種FEP
ポリマー”がここで選択されたサブストレートである。
混合物H−1重量割合 紅」1重層へi皿−Celrad 1700 (Cel
anese社)120105〜135Celrad 3200 (Celane
se社)4035〜45TMPTA 160 145〜175
2エチルへキシルアクリレート 180 160〜200(2−Eh A)
”FC−430”(3M社) 2.5 2.5Darocure 1173 5
5
Celrad 1700は比較的高い分子重量のアクリルアクリレートであって
、適当にイニシエート(開始)されるとき(後述のように)紫外線によって容易
に硬化されることがわかるであろう。この基本的プレポリマー物質は、比較的長
い使用寿命を超える硬化型のコーティングにめられる強靭性と化学的安定性を与
えるために選択され、またそれは非常に迅速にかつ便利に硬化して良好な透明度
を生ずるので選択され、さらに他のすべての成分と同様にそれは調製して対与す
るのが一般に低コストでかつ容易であるのでここで好まれ、またさらにそれは(
他の部分で述べられるように請求められる゛記録保存″保護コーティングを生ず
るので選択される。
Ce1rad 3200は比較的低分子重量(1oOO〜2000の分列1のア
クリルエポキサイドであって、サブストレート上にコーティングを流す場合に便
利な程度、の低い粘性に適している。またそれは擦傷抵抗やバルクの強度や他の
保護的特性を増大させて、かつ特に湿気に対する抵抗を高める(さもなくば、適
当な゛′湿度テスト”条件の下にその高分子化されたコーティングは、湿気を吸
収しすぎることによって膨張してクラックを生じやすくなるであろう)。
そのような“低分子量″の希釈剤〈および他の低粘性添加剤)なしには、この調
製は付与するために粘性が高すぎて分厚くなるであろう(後述の好ましいスパイ
ラル付与技術を参照;たとえば、混合物は配給ノズルを通して流れなければなら
ない)。また、硬化したコーティングは膨張してクラックを生じる傾向にあるで
あろう。その’ 3200 ”は比較的安価であって他の成分と適合し、まため
られる高分子化に参加すると考えられている。
しかしながら、3200は時間とともにわずかに変色する傾向にあり、かつそれ
はわずかに“′ゲル″の含有(もし濾過されないなら問題となる)を示すことが
あるので、その濃度は通常は実施し得る範囲で最小にされるべきである。
技術音速は、他の同様な低粘性のコモノマー(またはプレポリマー;低粘性の希
釈剤)が代用されて適宜粘性を調節し得ることを認識するであろう。たとえば、
他のCe1rad調製は分子量においてさらに低く、また粘性をさらに低く下げ
るためにCe1rad 1700と換えることができるであろう。しかし、他の
一般的なコーティング用ポリマーは実用的でな(、たとえばあるシリコーン樹脂
は溶解性と硬化の問題を生じる。
トリメチルオルプロパントリアクリレート<TMPTA)はこの混合物において
用いるのに適した゛低分子量″のクロスリンク剤である。トリメチルオルトリメ
タクリレートのような他の類似のクロスリンク剤を代用することもできるであろ
う。技術音速がよく知っているように、いくつかのそのようなりロスリンク子が
コーティングの強度などを高めるために通常用い゛られ、それは好ましくは他の
゛低分子量”のクロスリンク子である。
TMPTAまたはCe1radの省略(等価なもので置換えることなく)はあま
りに粘性を低下させ、硬化したオーバコートを軟化させて湿気の侵入を許すこと
によってその膨張によるクラックの発生を生じる傾向にある(たとえ□ば、後述
のH−2を参照)。
2エチルへキシルアクリレート(2−Eh A)は゛3200″に対する補足的
な有機希釈剤であって、それは最終のポリマーコートの柔軟性(たとえば、擦傷
抵抗)の改善と孟低い)粘性の調節のために加えられる。技術音速は、イソデシ
ルアクリレート(iso −decyl’ acrylate) (Dような希
釈剤を代用することができることを認識するであろう(しかし、硬さや強靭性は
少し影響されるであろう)。
” [) arocure 1173”はそのような混合物のそのようなCUV
>硬化に適した光学イニシエータである。技術音速はチバガイギー社によるr
r(lacUre # 184またはI rgacLlre#651のような多
くの類似のイニシエータの1つを代用してもよい。
” F C−430”は有機高分子コーティングシステムのための“非イオン界
面活性剤″として特徴付けられるフルオロポリマーの゛界面活性”添加剤であっ
て、前述のパセッティング″の機能を示す。それは濡れ性、平坦化2分散化など
の機能の助けとなることが知られており、また成るサブストレート上の成るコー
ティングの表面張力を減少させるのに適した流れ制御剤として知られている。そ
れは非常に非反応性であって、水ベースまたは溶剤ベースのシステム(およびほ
とんどのポリマー)と適合するものとして推奨されている。“’ F C−43
0”は成る調節によって類似の表面活性剤“FC−431”(これも3M社によ
るものであってイソプロパツールとエチルアセテートによって50%薄められる
が、それは高い高分子重量を有していてここでは好ましいものではない)で代用
することも可能であろう。
また、FC−430は、゛変種F E P ”のようなサブストレート上のH−
1のようなアクリル混合物のために前述の゛セツティング″作用を与える他のそ
のような界面活性剤で代用することも可能である。
後述されるように、ODディスク表面へスパイラルのループ状にモノマーの混合
物を付与する過程において(第3図のディスクCD上のスパイラル状のビードb
と後の関連する記述を参照)、その゛ビード″が非常に容易に付与されるごとが
わかったことは幾分驚きであった。すなわち、それらのビードは対称形の形でそ
れらの場所に留まって、たとえば溶媒のステップが始まるときまで比較的わずか
に拡がるだけである。この代わりに、後述の例M−2のように、もしそれらのビ
ードが接触して施されるならば拡がりはすぐに起こる。そのような場合にはいく
らかのまたはすべてのFC−430が共に配給されるであろう。しかし、ディス
クの中心近くで“縁を保つ”ことは困難に違いない。
FC−430はこの゛セツティング″作用を高めるようであり、その機能は今ま
で知られていなかった。
、F C−430は、第3図と第4図に図解されたタイプの場合に、すなわちデ
ィスクを回転させてそのディスクの上にモノマーの混合物を分配する過程におい
てこの゛セツティング作用″を高めるように意図されている。なぜならば、その
ように付与される“ビード”はそれらが非対称に変位しないように遠心力に耐え
なければならない。技術音速が理解するであろうように、その非対称な変位は不
均等なコーティングの原因となるものである。
もちろん、他のコーティング方法を用いることによってFC−430添加剤は重
要なものではなくなって省略し得るかもしれない(たとえば、異なった゛非セツ
ティング″界面活性剤を使用し得る)。たとえば、サブストレートディスクが混
合物を付与される間回転し続けない場合である(たとえば、その混合物は゛自己
平坦化′°するであろう;後述参照)。
すべてではないにしてもほとんどの通常の関連する界面活性剤は不適当であろう
。たとえば、SWSシリコーン社による°′シリコーン液F−815”は通常の
シリコーン界面活性剤であって、平滑性と均一性を促進するためにコーティング
において広く用いられている。しかし、それはく混合物H−1の)スパイラル状
のビードに時機尚早に流れを起こさせる(不十分な′″セツテイング作用;゛′
リング状″または半径方向に非対称な厚さとなる)。E hecryl−350
(バージニアケミカル社)は同様に不満足なものであった。
混合物H−1はどのような場合にも分配やディスク付与を最適にするように″°
粘性調節パされ、ここで当該環境条件(室温、FEPサブストレート表面など)
において最終的な粘性は100〜150cpの範囲内であるべきである。
後で提示されるように、H−1(および同様な混合物)のような調製は広範な化
学的な他のどのような添加剤にも全く許容的であって、したがって適当な場合に
はそれらの添加剤を加えることができる。
硬化:
当該ディスクの(FEP)表面上へのほぼ完全に酸素が除去された状態でのくた
とえば、後述のようにN2または同様な不活性ガスによる予備洗浄によって)材
料の塗布(たとえば、後述のスパイラル技術を介して;サンプル■参照)におい
て、そのコーティングはディスクがゆっ(つと回転されている間に紫外線による
数分間の露出によって光硬化する。これによって良好で十分に硬化した゛硬質パ
オーバコーティングが形成される(補足的な熱が不要で、高分子化を完成させる
ための時効時間が不要)。
より特定的にかつ好ましくは、窒素による予備洗浄(たとえば、すべての酸素を
除去するために約30秒)から始められ、次に窒素下において約1分から3分の
間またはそのコーティングを必要なだけ硬化させるのに十分なだけUVに露出さ
せる。好ましくは、これはディスクをゆっくりと(たとえば、1 / 2 ro
mから2rom)回転させながら行なわれ、その間に約40°〜80’の扇形が
各瞬間においてUVにさらされている。好ましいUVビームは2つの熱フィルタ
に通されて、それは単色ではないが大部分が0゜3〜0.4μmの範囲のλ内に
あり、強度はλとともに変化する(たとえば、0.366μmにおいて1/2分
〜5分の照射は10σ’Ill W/cm2)。用いられるイニシエータが少な
くて硬化に長くかかるような場合は、等価な長い低強度による露出よりも比較的
高強度の短い露出の方が好ましいようである。明らかにそれは゛酸素クエンチ”
を妨げるからである。
プロセス最適化:
1、 小さな気泡は゛″ピンホールまたは類似の散乱場所を生じゃすい;溶液の
真空脱ガスとその後の注意深い取扱いによってこれを除去できる。
2、 コーティングの“オレンジビール”組織が起こりやすい。それは硬化雰囲
気において酸素を除去することによって防ぐことができ、たとえばその硬化は3
0秒間の窒素による予備洗浄と硬化サイクル中の窒素の使用によって行なわれる
。これはまた硬化時間を著しく短縮する。
適当な場合には、(長期の記録保存寿命にわたる)適当な安定性の保証に注意し
つつがっ(たとえば、熱影響による揮発または不適切な硬化による)材料の応力
クラックまたは分解の発生の防止に注意しつつ、他の関連する技術および/また
は材料とそれに付随する調整で代用することができることを技術音速は認識する
であろう。
照射硬化は他の関連する方法より好ましい。たとえば、゛過酸化硬化″は一般に
制御するのが複雑でかつ困難であって、それは短い“ポットライフ”を示す。さ
らに、その過酸化硬化反応は発熱的かっ“ガス放出的”であって過熱されやすく
、制御するのが困難でかつ取扱いに危険が伴なうことを技術音速は認識するであ
ろう。たとえば、過酸化硬化の良好な制御のためには、温度は低(保たれなけれ
ばならず、したがって望まざる長時間の硬化時間となる。また、ガスが放出され
るので、もしその硬化が迅速に進めばこれらのガスは適切に消散されずに、望ま
れざる曇りを含むこととなり、光を散乱する半透明のコーティングとなる。
結果:
混合物H−1は、ディスク(FEP表面)上に付与されて硬化されるとき、硬質
で透明な保護コーティングを与え、前述の当該要件(たとえば、湿気の侵入とそ
れに関連する膨張クラックを防ぎ、優れた光学的透明性を備えかつ良好な擦傷抵
抗を示し、さらにたとえば室温における単純な石鹸洗いによって容易に洗浄され
る)のすべてをほとんど満足することがわかるであろう。
耐湿性は特に驚異的かつ印象的であって、たとえば100%の不浸透性ではない
が、この硬質コートは水中への長い浸漬(1回のテストにおいて14日間)の後
であっても膨張クランクは生じない。同様に、その硬質オーバコートは厳しい温
度/湿度サイクリング(たとえば、室温から140℃で約40%の湿度から80
%の湿度までの範囲で何週間もの間〉に耐えることが観察された。
さらに、この外部コーティングは長期にわたる安定性を示すことがわかる。たと
えば、かなり厳しい温度/湿度サイクリングに対する長期間の露出に耐え、また
その硬質コーティングはODDの他の層へ移動して劣化させがちなく表面活性剤
または感光性化剤またはそれらの副産物のような〉″′低低分子重量成分管含ま
ないようである。この“安定性″とそれに関連する強靭性などは、生成されたそ
れぞれのクロスリンクされた長いチェーンのポリマーグループから生じると考え
られる。
また、この硬質コートは請求められるようにF E P ”軟質パッド″に十分
に粘着する。その硬質コートおよび/または゛軟質パッド″が変えられればその
ような粘着力は生じないであろう。そのような場合、適合し得る(たとえば、十
分に透光性の)“粘着性の中間層″が必要とされるであろうが、それは好ましく
ない(たとえば、それは厚さの制御を複雑にする)。
フォトイニシエータの濃度は重要なようである。過剰な濃度のイニシエータはコ
ーティングの下側部分の硬化に先立って上側の表面部分の時機尚早な硬化を生じ
て、その硬化したオーバコートに大きな“皺″′を生じる結果となることが観察
された。これは明らかにその上側表面がまず硬化して収縮し、そして比較的まだ
硬化していない幾分液状である下側部分に対して滑るからである。
また、粘性と平坦化特性を制御することも重要である(たとえば、混合物H−1
の粘性を平坦化するのに十分なほど低くかつセットするのに十分なほど高く保つ
)。アクリルプレポリマー(混合物H−1)の粘性の制御は付与されるコーティ
ングの良好な゛平坦化゛′のための1つのキーである。たとえば、もし粘性が低
すぎるならば、そのコーティングビードはあまりに容易に゛流れ゛を起こして適
当に“セットアツプ″シないであろう。もし粘性が高すぎるならば、ビードはあ
まりにゆっくりと平坦化しまたは完全には平坦化しない。これに関連するコーテ
ィング技術分野の技術音速やそのようなアクリル材料を調製して用いることに関
係する人達は、広い領域にわたって“比較的ぞんざいに″配布されたものである
比較的分厚いコーティングの均一性に驚かされるであろう。すなわち、7ffl
i1 または180μmのコーティングを3インチから4インチのコーティング
スパンにわたって±0.7〜7μmのオーダに制御することは全く注目すべきこ
とである(たとえば、第3図の4インチのバンドBj参照、それは14インチデ
ィスクdの周囲から6インチの半径方向の点まで延びている)。
ところで、技術音速は、アクリルコーティングおよび他の同様なコーティングで
あって金属オーバコーティングのためのベースとして自動車工業におけるような
またはフォトレジスト技術におけるようなどちらかといえば関係の薄いある種の
応用のためのコーティングについても知らされた。しかし、これらの他の応用は
比較的゛高粘性材料”°を利用し、通常は厚さの正確な直接的な制御のようなも
のは何も行なわれずに幾分大雑把な方法で幾分薄い厚さにノズルでスプレー7れ
る。自動車工業における類似のコーティングのためには、単に滑らかで見栄えの
良い外観だけがめられる。しかし、レーザ検知される散乱限定された光学的特性
は、平滑さや均一性においてはるかに厳密なもので後述のように(混合物hl−
IA)修正された特性以外は例■が繰返されて、その混合物は同様に調製され、
かつ同様に付与されて硬化される。
混1合−物HIA 重量割合 比」幻」」」ニニュΩ−Celrad 1700
80 (120)Celrad 3200 80 (40)TMPTA 16
0 (同一)
2−EhA 180 (〃)
FC−4302,5(〃)
合計 507.5 (〃)
結果:
粘性が低く(ここでは3200が多めに用いられて1700が少なめである)、
その混合物がより容易に流れて拡がること以外は例Iの場合と同様である。
uL=
異なった混合物“H−2”が下に示したように調製されることを除けば例Iが再
現されて、その混合物は同様に調製されかつ付与されて硬化される。
混合物H−2重量割合 比較(hl−1)Celrad 1700 120 (
120)(Celrad 3200 −・・除り) O(40)(TMPTA
・・・除<) O(160)2エチルへキシルアクリレート 185 (180
)(2−Eh A)
“FC−430” 2.5 (2,5)合計 312.5 (507,5)
結果:
そのオーバコートがより゛軟質”であって湿気を吸収して゛膨張クラック″を生
じやすいことを除けば例■の結果とほぼ同様であった。
iL:
イソデシルアクリレートが2−Eh Aと置換えられたこと以外はH−1と同様
のもう1つの代わり得る混合物H−3が調製されかつ付与されて硬化される。
混合物H−3重量割合
Ce1rad 1700 120
Celrad 3’200 40
TMPTA 160
イソデシルアクリレート 180
結果:
擦傷抵抗(表面硬さ)が改善されるが幾分膨張クラックを伴なうこと以外は、は
ぼH−1と同様である。
好ましからざる調製:
幾分驚くべきことに、成る同様な゛照射硬化型アクリル”の混合物は実際的でな
くて当該目的に好ましいものでない。
たとえば、下記の混合物H−4のような調製は(意図された0、4〜0.8μm
の波長において)十分に透明かつ透光性ではなくて、特に光硬化後において曇っ
たり変色しやすいものである。
混合物H−4:
2− E h ’Aの゛柔軟性ポリマー″を″ステアリルメタクリレートで置換
えること以外は混合物H−1が再現される。
結果:
いくらかの゛曇り″などが現われる(上記のように;明らかに相分離による)。
そのコーティングは十分に透明ではなくて透光性ではない。
混合物H−5:
2−Eh Aがメチルメタクリレート(MMA)で置換え−られること以外は混
合物H−1が再現される。
結果:
スパイラル状の付与が全く満足のいくものではない(明らかに粘性が低すぎる)
。また透明性が損われ、かつ硬化による収縮が大きい。
Ce1rad 1700と3200がアクリルウレタンで置換えられる以外はH
−1のようである。
結果:
゛曇り”および膨張、クラック、さらに分離が過ぎる。
混合物H−6のアクリルウレタンのような関連するアクリルポリマーが前述の“
湿度テスト”の下にクラックと剥離を生じかつ/または湿気の吸収の結果として
曇ることがわかったことは驚くべきことである。たとえば、H−1の成る変更例
は硬化に際して剥離してカールし、厳しい温度/湿度サイクリングの後にサビン
グコーティングを引き剥がして小片破壊してしまうことがわかった。また、その
硬質オーバコートが多くの湿気を取り込むことも驚くべきことであった(明らか
にその゛硬質′″アクリルコーティングは考えられていたよりも親水性のもので
ある)。
また、前述のタイプの添加剤の成るものは、形成されるオーバコートを曇らせる
かまたは変色させるようである。
たとえば、1MA(H−5参照)のようなモノマーに溶媒樹脂を溶すとき、゛オ
イルスポット″が結果として現われたく明らかに成る成分が時機尚早に高分子化
されて析出するからである)。
コーティング方法:
以下は、ODディスクの外部保護オーバコートを形成するために(FEPのよう
な)ODディスクサブストレルー上に前述の例のような“硬質コーティング”混
合物を付与するための新規な技術の例である。特に数mil厚さで高い均一性の
ものが照射によってその場硬化されて、前述の長い寿命にわたってそのディスク
のために前述の環境などに対する保護を与える。これらの技術は、非常に正確な
厚さとその厚さの均一性を制御できる便利でかつ経済的なコーティングと硬化の
方法であることを認識するであろう。
当該コーティングでは約7m1lの高度に均一な厚さに付与されるが、技術音速
は約3Qmi1 までの厚さが満足できる状態で形成されることを認識するであ
ろう。
前述のような“′硬質コートの調製゛°は、ここでのもう1つの特徴による(た
とえば、後述の°ようなODディスクへの)新規な゛スパイラル状の付与の方法
に全く適するものであることを認識するであろう。そのような材料は、配付の驚
くべき簡単さと容易さにもかかわらず、前述の驚くべき正確さの厚さの均一性の
制御に適するものである。
たとえば請求められるコーティング厚さを知ることによって、その厚さに対応す
る走行距離あたりのビード質量(Om/cm)の値のビードに容易に換算するこ
とができる。
その場合、平坦化機構によって予め決定されるスパイラルの間隔で必要な数のス
パイラルを実験的に決定する。たとえば、第3図におけるバンドBbに近い約3
.5インチから約7インチの半径に拡がっているスパイラル状のバンドに関して
、これらの条件の下に20〜30のスパイラルが約7mi+厚さの非常に均一な
コーティングを与えることがわかった。一方、10またはそれ以下のスパイラル
状(よひどく乱れた厚さの均一性を生じ、30よりはるかに多いスパイラルは多
すぎる。いかなる場合にも、スパイラルは重なり合ってはならない。
したがって、技術音速は、慈図されたディスクの回転速度(たとえば、ここでは
4〜10rpm)が与えられれば、その材料の供給速度を計算して制御すること
ができる。この簡単な技術によって一定のコーティング密度を付与することがで
きる。すなわち、均一な“ビード”サイズはノズルからの成る一定の配給速度を
必要とする。認識されるであろうように、スパイラルの回転長さにおける一定の
変化にもかかわらずビード寸法と間隔を一定に保つために、ノ速度が調節される
。ディスクの回転は、材料が付与されたならばその材料を″移動″させたりまた
は歪ませたりするようなものであってはならないし、もちろん“°遠(lzカ″
によブXディスクから落してはならない。
今、調製H−1が第1図における○Dディスク表表面へ成る好ましいスパイラル
様式で付与される場合に00で述べる。これは、前述の3重層の光学記録構造力
\付与されてさらにこの上に改善された°゛真空蒸着のFEP”の層(または類
似の゛軟質パッド″高分子表面)を備えたアルミニウムディスクとして理解され
る。
一般にその方法は、所定の(FEP)ディスク表面上に所定の数のスパイラルの
列または゛ビード″でコーティング材料を付与することを伴なうのがわかるであ
ろう。次に、それらのビードは非常に平滑でかつ均一なコーティングに拡げられ
るかまたは″゛平坦化”される。その後に、このコーティングはめられる”硬質
”保護オーバコートを形成するように硬化させられる。この付与方法の成る特定
の好ましい形態のいくつかが述べられる。
例M−1: FEPサブストレートへのH−1の付与新規なコーティング方法の
好ましい形態が述べられる。
好ましい硬質コーティング混合物(好ましくは上記のH−1” )は、均一で対
称な゛ビード″のスパイラル状の列でディスクに付与するために選択されて用意
されかつ配置されることがわかるであろう。その後に、それらのビードは同時に
ゆっくりと回転されているディスクによって°゛溶媒平坦化″(所定のFEP表
面上にビードの迅速かつ高度に均一な“平坦化″)される。そのディスクの回転
は非対称な重力(撮動または不等方なディスクの向き)を打消すのに十分なだけ
の速さであり、かつ材料が軟化されて平滑かつ均一な層になるときにその材料の
2方向の対称的な定着化を乱すような遠心力を生じないほど十分に遅いものでよ
り特定的に第3図と第4図を参照して、混合物H−1は技術音速が知っているよ
うに往復運動可能なアームAに取付けられたく技術音速が知っているような注射
針のような)所定の制御された割合で配給する手段nへ与えられる。
ノズルnは、一定の割合で当該ディスクdの表面(FEP)上にその混合物の所
定の注意深く制御された均一な流れstを配給するために、周知の手段によって
用いられて制御される。それは好ましくは第3図に示されたディスクの周囲から
スタートする。こうして、第5図と関連して後述されているように、遠心力Fc
は対立させられて、隣接する拡がりつつあるビードからの押圧力F によるいく
らかの拡がった変位と対立する。その間、アームAはディスクdの半径方向(内
向き)に連続的に変位させられて注意深く制御されることがわかるであろう。そ
うして、この流れstはディスクdが回転する間そのディスクの半径方向に動い
て、それによって特定のスパイラルSRを描く。たとえば、アームAはビーにの
均一な間隔と寸法を保ちながら磁気記録ヘッドに用いられるようなりニアモータ
によって移動させられる。必要な場合にはディスクのrpmも変えることができ
る(後述参照)。技術音速が認識するであろうように、均一なサイズのビードを
配付するために、ディスクのrpIll。
アームの速度、および配給割合の3つの変数のうちの1つまたはい(つかを変え
ることができ、しかし他の変数は一定に保たれる。
したがって、ノズルnはディスクdが回転されている間にそのディスクの所定の
半径を横切って制御可能に移動させられる。そして、技術音速が認識するであろ
うように、均一な間隔とサイズと形のパビード”部分すの連続的で均一なスパイ
ラルSRとして混合物を展開する。その混合物は、そのようなスパイラル(たと
えば、3.5インチの半径方向のバンドB にわたる25本のビード)を形成す
るために所定の割合で配給するように設けられた周知の圧力オリフィス制御手段
(詳述せず)を介してノズルnへ与えられる。
技術音速は、3つの隣接するビードの列すを示す第4図の断面部分概略図に示さ
れているように形成されたビード分布を認識するであろう。それらの列は所定の
ギャップ!+!+で隔てられており(注: それらは触れ合ったり重なり合うこ
とはない)、またそれらの断面形状9寸法、および分量はく当該技術分野で周知
のように前もってなされた適切な計算による。)所定の値に保たれて用いられ、
均一に平坦化されればディスクd上にめられる厚さの保護オーバコートを生ずる
(第2図の外部コーティング9参照)。
たとえば、“通常の′°(部屋の)温度において混合物H−1を用いてかつ前述
のような高分子化されたFEPのサブストレート表面を用いて、約3.5インチ
の半径から始めて約3.5インチ・幅のディスクバンドにわたって均一に配列さ
れた20本から30本のスパイラル部分すは(適当な平坦化と硬化を仮定して)
約7n11厚さの高度に均一なコーティングを生ずることがわかった。一方、1
0本またはそれ以下の列はコーティング厚さをあまりに減少させてその厚さを不
均一なものにした。また、もし最小ギャップUが維持されずに特にもし列SRが
重なり合えばめられる正確な厚さ制御を達成することは事実上不可能であった(
その制御は7m:1コーテイングに関して±0.7〜7ミクロン;これはそのよ
うな簡単なコーティング装置を用いてそのような大きなサブストレート上に与え
られたこの材料としては全く驚くべき均一性である)。
配給割合が一定に保たれる場合、均一なビードを形成するためにディスクの回転
を変えることができる(たとえば、最も内側の半径において4〜5 rpmのオ
ーダの場合に徐々に減速して最も外側において約2 rpmになり、そして均一
で一定のビード分量を与える)。均一で等間隔の列すを維持するために、アーム
Aによるノズルnの半径方向の移動も当該技術分艮周知のように(ディスク中心
からのその距離に従って)制御的に変化させられる。この代わりに、技術音速が
よく知っているように、同一の均一なスパイラルを形成するために配給割合を変
化させてもよい。
詳述されたディスクの回転とアームの移動は均一に隔てられた゛ビード′°を形
成するであろう(それは所定の間隔Uで半径方向に配置されており、たとえば好
ましくは3゜5インチの半径方向のバンドにわたって25本のビードが並んでい
る〉。離隔距離Qgは成る限度内において変えることができる。しかし、いかな
る場合においても、“ビード″は“重なる”べきではないし、他方また、意図し
た“溶媒平坦化パによってビードが流れて1つになって目標厚さの均一性を形成
し得ないほど遠く離れてもいけない。また、各ビードは適当に“盛上がる″こと
ができるように十分なサブストレートとの接触(面積)を得るのに(その高さに
対して、すなわち良好なwZh比を得るために)十分な幅のものでなければなら
ない。次に、このスパイラル状のビード付与が十分になされれば、流れstが終
了させられて、そしてディスクの回転は″′溶媒平坦化″のためにセットされる
(好ましくは約1〜2rl1m)。
前述のように、H−1のような混合物はこれに関して魅力的なものである。なぜ
ならば、それは所定の均一で対称な形態を維持しかつ十分に゛セットアツプ″す
るからである。そして、ディスク表面に対する゛ビードの傾斜″は比較的゛急峻
″(通常に比べて小さな″濡れ角度″)である。
すなわち、ビードは平坦化のために溶媒蒸気と触れさせられてその濡れ角度を急
速に増大させるまで崩れ落ちたり移動したりまたは変形したりあるいはく第4図
と第5図において示されているような〉その対称性を変えてはならない。
前述のように、FC−430添加剤はそのような(FEP)サブストレート上の
(そのような混合物の)ビードの濡れと“セットアツプ″を制御して改善するた
めに選択されて設計される。
ステップ#3: 溶剤平坦化:
次に、スパイラル状の配列のビードは溶媒蒸気の均一な゛霧゛′にさらされて、
それによってビードの表面とそれとかかわりあう(FEP)サブストレートは急
速に“濡れる”(それは溶媒の凝縮により、好ましくはすべてのビードと露出し
ているサブストレートにわたって凝縮した比較的連続的な薄膜を生じる)。そし
て、濡れている表面張力を即座に下げて、ビードをパ軟化”させて急速に“平坦
化”させる(すなわち、即座に拡がって重力によって押え付けられ、そして対称
的に平坦化してめられる均一なコーティングとなる)。正確な厚さ制御が非常に
重要であることが認識されよう。したがって、もしそのようにコートされたディ
スクdの表面が完全な水平面になくてそのビードにかかる重力が完全に対称では
ない場合、いかなる不均一性または非対称性を打消すのに十分なだけディスクd
を回転させなければな”Jlい(当該分野の技術音速が認識するであろうように
、溶媒平坦化の間のディスク面の゛振動″やそのようなものをも打消す)。
したがって、溶媒平坦化が始まるとディスクdは好ましくは回転される(たとえ
ば、ここでは1〜2rom)。そしてそのビードの流れは比較的完全なコーティ
ングの均一性を与えるであろう。しかしその回転は遠心力による流れを生じるほ
ど速いものではない。
所定の溶媒蒸気へディスクd (その上にはスパイラル状のビードが施されてい
る)をさらすとき、そのディスクをフード内に置いて所定の圧力と濃度の蒸気を
導入することができる(または技術音速が認識するであろうような他の方法によ
って)。
したがって、そのようなビードの軟化と溶媒平坦化に関して、その溶媒が列b
(ビード)とそれとかかわり合うFEPサブストレールーに比較的均一で連続的
なフィルムとして非常に迅速に凝縮し、それらビードとサブストレートを互いに
“濡れ”させるように溶媒とその伯の条件を選択しなければならない。そして、
今秋化されたビードが隣接するFEP表面をカバーするように(重力によって押
え付けられて)崩れ落ちて流れるのに十分なだけ溶媒が凝縮される(その溶媒は
良好な′濡れ′°を促進させ、この場合それはFEPに対する混合物H−1の濡
れである)。
ここで簡単のために、アセトンがその溶媒として用いられることを仮定し、さら
にそれはビード上とそれとがかわり合うFEPサブストレートにわたって迅速に
凝縮できるような条件(温度/圧力環境)の下にそのビード上に蒸気または飽和
された“霧″として単に注がれると仮定する。
たとえば、ここではこれらの表面全体が急に゛光沢”を帯びるが、液滴や大きな
液溜りは示さない。すなわち、ビードまたはディスク上に凝縮“液滴″または大
きな液溜りを生じないほど少なく保たれ、もしそれが起これば揮発性を増大させ
ねばならない。この露出は、当該゛ビード″を即座に軟化させてそれらを迅速に
互いに流し合わせるのに十分であろう(この例の場合、実際に瞬間的である)。
溶媒の揮発性は好ましくは十分に高いものであって、したがって一度ビードとそ
れとかかわり合う(FEP)ディスク表面が十分に濡らされたとき、その溶媒蒸
気は迅速に揮発して消散するであろう(またはたとえばポンプ引きによって抜き
去られる)。したがって、平坦化の間に溶媒はほとんどまたは全く残存しなくて
好ましい。
そのような゛溶媒平坦化″の結果は驚くべきことである。
隣接するビードは゛平坦化″動作において1つに流れ合うのが観察され、それは
驚くほど迅速でかつ注目すべきコーティングの均一性を形成する。
溶媒特性、一部変更:
溶媒は、当該作用温度、サブストレート表面、および混合物の化学的性質に照ら
して、この温度においてサブストその混合物を軟化させて容易な流れを生じて“
平坦化″させる。すなわち、溶媒はこれらの条件に関して特定化されかつそれら
の条件が変われば調節を必要とするであろう(たとえば、異なったコーティング
混合物または異なったサブストレート表面に関して)。
ここでのアセトンのような溶媒の使用における1つの利点は、硬化が開始する前
に溶媒が蒸発せずに残留するということがほとんどまたは全くないということで
ある。それ以外の方法では、コーティング混合物H−1との共重合が期待できる
溶媒を代用しなければならず(メチルアクリレート溶媒はそのように共重合し得
る)、また高分子化を決して抑制するものではないかまたはめられる特性に全く
影響しない溶媒を用いなければならない。
この代わりに、当該分野の技術音速が認識するであろうように、成る場合には十
分な揮発性を備えていればポリスチレンモノマーが平坦化溶媒として用いること
ができ、またはエチルアセテート、塩化メチレンあるいはメチルエチルケトン(
MEK)のような溶媒を用いることができる。
スチレンはそのアクリル混合物と少なくともある程度共重合すると予想されるが
、他のものはそうではないので十分に揮発させてしまわなければならない。
したがって、ディスク表面の特性または化学的性質を変えることはくたとえば、
FEP上に薄い酸化物の″“フラッシュコーティング″を用いて)、一般に“濡
れ″特性を変えてその°゛平坦化作用″に何らかの変化を生ずる(しばしば異な
った溶媒蒸気を必要とする)。たとえば、FEP上のA負20.またはSiOあ
るいはS: O2の薄いフィルムは濡れを促進させるようであり、特に前述のア
セトン溶媒蒸気を用いたときに著しい。
また、そのような゛溶媒平坦化″を用いる場合は、サブストレートに始めからあ
まりによく濡れるものでない混合物くたとえばH−1)を調製する。さもなくば
、その混合物はスパイラル状に付与されている間にその形を維持するのに十分な
ほど良好にサブストレートに“セットアツプ”しないであろう。たとえば、その
混合物はスパイラル形成中にディスクが回転されるので溶媒と接触する前に遠心
力によって非対称に崩れ落ちるであろう。FC−430’“界面活性剤″のよう
な゛セットアツプ″を促進する添加剤はもちろんこの点に関して助けとなる。同
様な理由で、ビードはサブストレートと十分な接触面積を持たなければならない
。
混合物の粘性の制御は良好な分布と均一な定着を得るために非常に重要であるこ
とがわかる。たとえば、混合物H−1へMMAのようなより揮発性のモノマーを
加えれば、FEPサブストレートの過剰の濡れによってビードbの間に非常に凝
縮しやすくなり、したがって不適当なパセットアップ″uじて時機尚早のビード
の゛定着″を起こす。
逆に、“脱落部″または“ピンホール″が生じないように注意しなければならな
い。それらは溶媒がほとんどまたは全く凝縮しないボイドであって、そこは異な
った′濡れ°′または全く濡れない状態となる(注: 周囲の温度が上がればそ
のようなボイドが大きくなるようであり、これはおそらく溶媒の蒸発が速すぎる
からである)。
もちろん、その混合物が即座に゛自己平坦化″シ得るものの場合には、溶媒にさ
らす必要はないであろうし、またその混合物を“セットアツプ″するためにFC
−430のような界面活性剤をも必要としないであろう(後述のIVI−2参照
)。
ステツブシ4: (硬化):
完全に平坦化してディスクdの表面にコーティングが均等に分布されれば、それ
はめられる硬質の保護オーバコーティングを生じるようにそのまま(さもなくば
処理されて)硬化される。そして、ディスクの回転は静められてそのディスクは
硬化条件に置かれる。それは好ましくはコーティングの均一性が損われないよう
にまたは汚染物の導入(たとえば、その粘着性の表面上への埃の定着)が起こら
ないように、そのディスクを“溶媒平坦化″ステーションから動かすことなく行
なわれる。
したがって、UV硬化はその溶媒平坦化ステーションで行なわれる。すなわち、
材料が当該ディスク表面に均等に拡げられれば、そのコーティングは適当に硬化
されて“硬質″となるまで不活性雰囲気(たとえば、すべての酸素を追出すよう
なN2吹付け)において紫外線への露出によって光硬化させられる。0.3〜0
.4μmのLIV(たとえば、0.366μmで100 m W/cm2の引l
への約5〜20秒のトータル露出で十分であることがわかる。
この代わりに、他の同様な硬化方法(たとえば、電子ビームまたはIR照射)も
ある場合には適当な調節(たとえば、フォトイニシエータの濃度の調節など)を
行なうことによって用いることができる。
結果:
前述のように、厚さの均一性(公称7m1lコーテイングに関して3.5インチ
のバンドにわたって±0.7〜7μmのオーダ)は全く注目すべきものであって
、特にその付与装置の簡単さと用いられるコーティング混合物のタイプの観点か
らして注目すべきである。前述のように、硬化の時間と温度はその他の処理条件
と同様に全く都合の良いものである。
温度(熱)がこの(スパイラル列b)の溶媒平坦化の間にかなり高くなった場合
に、流れの速度が増大したり平坦化が速くなったりしなかったという事実は幾分
驚くべきことであった。むしろその列は、よりビードが盛上がって、拡がるより
もむしろ幅が狭まるようであった。その原因は確実にはわかっていないが、溶媒
(アセトン蒸気)が適当に凝縮すて表面を濡らすには熱くなりすぎたためと考え
ら溶媒平坦化ステップを用いる必要なしに直接゛自己平坦化″を生じるように隣
接するビードが実際に接触して置かれる例であって、後で詳述されること以外は
例IV11が繰返される。
より特定的に言えば、硬質コーティング混合物(たとえば、H−1)が再び用意
され(FC−430は必要でないかもしれない;上記参照)、ディスクよに連続
的なスパイラル配列として配付されるが、ビード間のギャップU(第4図)はほ
ぼゼロに減少される。これは第5図において理想化されたシーケンシャルな様式
で幾分概略的に示されており、最初のビードb−1が破線で示されている。ビー
ドb−1は実際上即座に崩れ落ちて平坦化しく実線のb−1)、したがって隣の
ビードb−2が置かれるときにそれはく少し拡がった)b−1と接触するであろ
う。m−1の“拡がり動作”はb−2をディスク中心の方へ押圧する傾向となる
(拡がり力Fs参照〉。したが9て、連続的な各ビードは自己拡がりをそのよう
に押圧されるので、ディスク中心の方に向けて幾分非対称になる(破線のb−2
を参照)。外側から内側へスパイラルを描く方式はディスクの回転による遠心力
成分(FC)を拡がり力F、に対向させるように意図されている(第5図の矢印
を参照)。配付された混合物のパターン(スパイラル状の列)に°“平坦化溶媒
″を与える必要なしに“自己平坦化゛を起こさせるために、温度/サブストレー
ト条件によってその混合物の粘性における適当な減少がめられるであろうことを
技術音速は認識するであろう。より遅いディスクの回転(または無回転)やFC
−430の他の表面活性剤への置換えのような他のいくつかの適用するための調
整も勧められる。もちろん、ディスクdの表面を確実に水平面に維持するという
問題は依然として存在するであろう。したがって、゛振動″または不均等な“重
力”を打消すために適当なディスクの回転が勧められる。
したがって、゛自己平坦化”するビードを用いることによって、多くの場合に用
いられる溶媒平坦化を省略して簡単な゛′ラワンテップ”のコーティングシーケ
ンスが実現される。その硬化はIVI−1の場合のように行なわれ、その形成さ
れたコーティングはM−1の場合と本質的に同じであろう(実際は、いくつかの
場合において均一性が優れている)。
もちろん、前の場合のように、流速(rf、ノズルnからディスク上へ)、ディ
スクのrom (w、t ) 、およびアーム速度(Vえ )の3つの7アクタ
は、いずれの場合においてもビードの位置の変化(すなわち、各ビードセグメン
トの半径方向の位置db )にかかわらず均一なサイズと形のビードを配付する
ように調節されるであろう。
この特定の例として第6図ないし第8図が示されている。
第6図は、一定に保たれた流速(R)においてディスクのrpm (w、)とア
ーム速度(ハ)を比較的均一に増大させて(たとえば、ディスクの周囲から開始
してほぼ1:2のように)、最終的なコーティング厚さt。がディスクの半径方
向にどのように変化するかを(非常に概略的に)描いている。この“自己定着”
作用は均一なコーティングのプロセスを複雑化していることがわかる。
これを矯正するために、第7図と第8図に示されているようにrpmを連続的に
増加(ΔWメーα又=φ半径)させかつアームを始めに幾分加速(aユ =Δ■
エ /l)して次に幾分減速し、そして最後に加速(aニーφ′半径)させる修
正されたモードにおけるコーティングを我々は提案する。ディスクのrpmはい
かなる場合にも好ましくは最小限にされるであろう。すなわち、一般にそれはそ
れらのスパイラルが゛相互流れ”をちょうど起こし得るようなrpl[lである
。
今までに、技術音速には゛デフォーカシングオーバコートパを付与する他の方法
が示された。°たとえば、1eVinの米国特許第4.340.959号におい
T、0.05〜1゜示されており、そのコーティング技術においてはディスクが
モールドとして配置される必要があって“スピニング″方法による付与は排除さ
れる( l evinによって引用された参考文献を見よ)。
第7図において、流速が一定に保たれた場合についてW〆と■えにおける変化が
ビード位置(db )の関数として表示されている。第8図において、それらの
値が幾分理想化されて描かれている。スライダの速度変化(加速)は幾分驚くべ
きようなものであることがわかった。すなわち、最初は徐々に速度を増加しく第
8図において曲線■の位置a−+b)、次に急速に落ちて(位置b−+c)、最
後に連続的な増加モードにされる(指数的増加;位置c−+dなどを参照)。そ
れは、ビード厚が最初軽″りて次にそれが増大するので、ある種の平衡状態に到
達するまで(位置C)スライダアームの減速が必要となり(位置b→C)、そし
てビードの円弧の減少に対応して連続的な加速が必要となる(c−+d)。
例M−3: (FEP上の3i0zフラツシユ)二また、どのようなコーティン
グ付与技術が用いられようとも、濡れ粘着性または他の特性を高めるために上で
示されたようにサブストレートを予備処理することが勧められよう。たとえば、
上記の例M−1(スパイラル状にFEP上に付与されて溶剤平坦化されるH−1
)またはその変更例に従えば、(FEP)サブストレートの親水性やH−1ビー
ドのそのサブストレートへの濡れ性を高めることが望まれよう。そのような場合
、H−1または類似のビードを付与する前にFEP上に3i0zの非常に軽い゛
′フラッシュ″コーティングー(たとえば、第2図の層f上のSi 02 )を
施せば都合の良いことがわかった。
例M−4: (FEPが吸収体をサンドインチ状に挾んだM−1のようなもの)
:
両方のFEP層がその3重層に共通な真空チャンバで蒸着されることによってサ
ンプル■が再現される。FEP“スペーサ゛′はn /l y / 4光学厚さ
であって、一方、FEP゛軟貿パッド″スーパコートは約1〜2μm厚さである
。
(たとえば、好ましくは吸収体フィルムの厚さの100倍のオーダ)。その“1
硬質”オーバコーティングは表面の埃などをデフォーカスするのに十分な厚さの
ものであって、上記の好ましい方法M−2におけるように施される。
異なった利用:
そのような“硬質”コーティングは変更された“軟質パッド″コーティングのよ
うな幾分具なった他の表面へ施すように調製し得ることを技術音速は認識するで
あろう。また、そのサブストレート表面が根本的に異なったもの(たとえば、G
E社のRTVのようなシリコーンエラストーマ)の場合であっても、成る場合に
は、“不適合な″サブストレートが上記のような°゛硬質″オーバコートの付与
に適応するように予備コートまたは他の予備処理を施し得ることを技術音速は認
識するであろう。たとえば、プラスチックのコーティングや加工の技術において
、“濡れ性″を高めるために広範な種々の高分子サブストレートを処理するため
の種々の方法が知られている。たとえば、ハロゲンまたは活性な酸化剤によって
軽く酸化させるか、またはプロパントーチによって軽く焼くか、あるいは放電に
よるか、さらに前述のようにSiO2のような予備コートを挿入するような方法
である。それらは適当な場合に利用することができるし、本発明と組合わせるこ
とも可能である。
ここで述べられた好ましい実施例は単なる例示であって、本発明はその構成や利
用において発明の精神から離れることなく多くの修正や変更の可能なことが理解
されよう。
たとえば、ここで開示されたようなものに類似した゛軟質パッド″コーティング
は、他のサブストレートおよび/または他のスーパコーティングを有するサブス
トレートを保護するためにも適用できるであろう(たとえば、与えられた“隔離
”を有利に利用するために)。また、本発明は他の同様、な記録材料に隣接する
パ隔離層”を備えるために利用し得る。
さらに、ここで教示されたものと類似の“硬質パ外部コーティングは、もちろん
類似の目的のための他のサブストレートをカバーして保護するように用いること
ができるし、前述の゛スパイラル″コーティング方法はく適当な調整によって)
他の材料についても用いることができる。さらに、そのようなコーティング構造
は、適当な場合に他の方法によって形成することも可能である。たとえば、パ硬
質コーティング″サブストレート(たとえば、7mi+アクリレートルース唄上
に゛′軟軟質パッド管析出させて、次に軟質パッド上に吸収体を析出させ、次に
吸収体上に必要なだけスペーサ/反射体を析出させて、最後に関連する“ウィン
チェスタ−ディスク”または類似の“担体”上に接着剤を付与してこれを圧接す
るような方法である。
さらに本発明の変更が可能である。たとえば、ここで開示された手段と方法は、
゛軟質パッド″のコートされた記録テープやフロッピィディスクまたはそのよう
なものへも適用−可能である。さらに、本発明は、IR露出を用いてデータが記
録および/または再生されるような記録および/または記録システムの他の形態
において用いられる媒体のために同様な保護外部コーティングを与えるように適
用し得るものである。
本発明の可能な変更例の上記の例は単に説明のためである。したがって、本発明
は添付された特許請求の範囲によって限定される発明の範囲内で生ずるすべての
可能な修正や変更を含むものと考えられるべきである。
FIG、6゜
FIQ7
1)淫 調 査 報 告
第1頁の続き
■Int、CI、’ 識別記号 庁内整理番号o発 明 者 ポーリング、ノー
マン・エル アメリロウ・
0発 明 者 ランコート、ジエームズ・ディ アメリー ヤーウ
力合衆国、95401 カリフォルニア州、サシタ・ローザ ロロード、276
9
力合衆国、95405 カリフォルニア州、サシタ・ローザ ジッド・ドライブ
、129
Claims (1)
- 1. 中位から高い粘性のコーティングをディスクサブストレートへ付与して非 常に精密な厚さ均一性を生じる方法において、 コーティング混合物を調製するステップと、前記ディスク表面に円状またはスパ イラル状に延びる1法ないし数本のアーチ状のビードセグメントを形成するため に、前記ディスク表面へ所定の流れでこの混合物を付与するステップを含み、 前記混合物は平坦化してめられるコーティングを形成するように調製されて付与 されることを特徴とするコーティングを付与する方法。 2、 前記混合物は″“自己平坦化″するように調製されて、前記ビードセグメ ントは互いに隣接またはほぼ接触して配布されることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の方法。 3、 前記混合物は配布するのに適した所定の粘性を示すのみならず前にディス ク表面に対する所定のチキントロビ(を旧xotropy)と濡れ特性を示すよ うに調製されてノズルを介して配布され、それによってその配布されたビードセ グメントが平坦化するのに十分な時間だけ前記ディスク表面上で“セットアツプ ”できることを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。 4、 前記混合物は゛自己平坦化”するように調製され、前記ビードセグメント は互いに隣接またはほぼ接触した状態で配布されることを特徴とする請求の範囲 第3項記載の方法。 5、 前記ビード形成ステップの後に、前記混合物と前記ディスク表面を濡らす のに適した所定の溶媒の所定の比較的均一かつ連続的な“溶媒霧”の付与が続き 、この霧は付与されたビードと介在しているディスク表面を比較的連続的に濡ら してコートするように付与され、またこの溶媒は前記平坦化を開始させて促進さ せるように選択されて付与されることを特徴とする請求の範囲第3項記載の方法 。 6、 前記ビードは平坦化動作に適した所定のビード間隔で隔てられた一連の隣 り合うセグメントとなる1本の連続的なスパイラルとして与えられることを特徴 とする請求の範囲第1項記載の方法。 7、 前記混合物は配布するのに適した所定の粘性を示すのみならず前記セグメ ントと前記ディスク表面に対して所定のチキソトロビと濡れ特性をも示すように 調製されてノズルを介して配布され、それによって前記ビードは平坦化するのに 十分な時間だけ前記ディスク表面上で°゛セツトアツプ″きることを特徴とする 請求の範囲第6項記載の方法。 8、 前記混合物は前記“°濡れ性″のみならず前記“セットアツプ″作用を与 えるために特定化された所定の“セツティング界面活性剤”を含むように調製さ れることを特徴とする請求の範囲第7項記載の方法。 9、 前記混合物は少なくとも1つのアクリレートと少なくとも1つの関連する 粘性制御希釈剤および適合し得るクロスリンク成分を含み、さらに前記“濡れ性 ″と前記“セットアツプ”を与えるのに適した1またはそれ以上の適合し得る界 面活性材をも含むことを特徴とする請求の範囲第7項記載の方法。 10、前記ディスク表面は所定のポリマからなっており、前記ビードとこのポリ マ表面の前記濡れ性を与えるのみならず前記ビードを゛′上セツトツプ”するよ うに、対応する界面活性剤が仕立てられて含まれていることを特徴とする請求の 範囲第9項記載の方法。 11、 前記溶媒平坦化はアセトン、エチルアセテート。 塩化メチレン、またはメチルエチルケトンのような溶媒の非常薄い連続的なフィ ルムの付与によって達成されることを特徴とする請求の範囲第10項記載の方法 。 12、 請求の範囲第1項記載の方法による生成物。 13、 請求及範囲第2項記載の方法による生成物。 14、 請求の範囲第3項記載の方法による生成物。 15、 請求の範囲第10項記載の方法による生成物。 16、 前記ノズル手段は所定の配給速度で前記混合物を配布するように適合さ せられて制御され、前記ノズル手段は前記ディスクの半径方向に移動するように 適合させられて制御されるアーム手段上に装着されており、前記ディスクは非対 称なビード平坦化を打消すのに適したOから所定のrpmで随意に回転させられ ることを特徴とする請求の範囲第3項記載の方法。 17、 前記配給速度、前記移動速度、および前記ディスクのrpmは所定の均 一な寸法と形状の前記セグメントを所定の一定なセグメント間隔で配布するため に相互に制御されることを特徴とする請求の範囲第16項記載の方法。 18、 前記セグメントは隣接してまたはほぼ接触して配布され、それによって 自己平坦化が始められ、その配布は隣接するセグメントによる内向きの押圧を打 消すために“外から内″へ進められることを特徴とする請求の範囲第17項記載 の方法。 19、一定の配給速度のために、ディスクのrpmはセグメントの半径方向の位 置の関数として連続的に増大させられて、アーム速度も制御可能に変化させられ 、それによって最終的コーティングの厚さの均一性を改善することを特徴とする 請求の範囲第18項記載の方法。
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