NL9100366A - Werkwijze voor het vervaardigen van een schijfvormige informatiedrager, informatiedrager vervaardigd volgens de werkwijze en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze. - Google Patents

Description

"Werkwijze voor het vervaardigen van een schijfvormige informatiedrager, informatiedrager vervaardigd volgens de werkwijze en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze."

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een voorwerp voorzien van een oppervlakte-structuur, waarbij gebruik wordt gemaakt van ten opzichte van elkaar verplaatsbare persdelen met naar elkaar toegekeerde persvlakken, waarmede een eerste element en een tweede element met aan een oppervlak een reliëf tegen elkaar worden geperst voor het door koud vervormen aanbrengen van een micro-structuur op het eerste element.

Een dergelijke werkwijze kan toegepast worden voor het vervaardigen van een optisch medium, in het bijzonder een schijfvormige informatiedrager die is voorzien van een of meer cirkelvormige of spiraalvormige optisch uiüeesbare sporen. Daarbij kan als eerste element een direct als stamper te gebruiken masteiplaat worden toegepast. Een dergelijke stamper omvat een vlak substraat van kunststof, met een gebosseleerd informatie-oppervlak, dat gevormd is door in een expansielaag aangebrachte verhogingen (bumps) welke informatiebits representeren. Op de expansielaag bevindt zich een retentielaag. De stamper wordt tijdens het uitvoeren van de werkwijze tegenover een basisstructuur (tweede element) geplaatst, welke een optisch transparant substraat van kunststof, met een niet of niet volledig uitgeharde laag en een daarop aangebrachte licht-reflekterende laag, meestal van een metaal, omvat. Met behulp van persdelen wordt de stamper tegen de basisstructuur geperst, voor het naar de niet volledig uitgeharde laag overbrengen van de in het informatie bevattend oppervlak van de stamper aanwezige informatie. Daarbij kan het persen voortgezet worden, totdat de niet volledig uitgeharde laag met behulp van UV-straling is uitgehard. Het tegen de stamper drukkende persdeel is vervaardigd uit staal en het de basisstructuur ondersteunend persdeel is vervaardigd uit UV-straling doorlatend kwarts.

Een bezwaar van de hiervoor beschreven werkwijze is, dat tijdens het tegen elkaar persen van het eerste en het tweede element verschillen in radiale rek optreden tussen de met elkaar in aanraking zijnde elementen en persdelen, hetgeen afhankelijk van de aanwezige wrijving resulteert in schuifspanningen en/of stick-slip verschijnselen aan de contactvlakken tussen de elementen en de persdelen, waardoor tijdens het overbrengen van de informatie informatie-vervorming optreedt.

De uitvinding beoogt ondermeer een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort aan te geven, waarbij tijdens het aanbrengen van de micro-structuur het ontstaan van schuifspanningen aan de naar elkaar toegekeerde contactvlakken van de substraten en de naar de perselementen toegekeerde contactvlakken van de substraten wordt tegengegaan.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat tijdens het persen gebruik wordt gemaakt van tenminste een tussen een van de persdelen en een van de elementen aangebracht perslichaam van een materiaal met een verhoudingsgetal, gelijk aan het quotiënt van de dwarscontractiemodulus en de elasticiteitsmodulus van het materiaal, dat minder verschilt van het soortgelijke verhoudingsgetal van het materiaal van het desbetreffende element dan van het soortgelijke verhoudingsgetal van het materiaal van het desbetreffende persdeel, waarbij het verschil tussen het verhoudingsgetal van het materiaal van het eerste element en het verhoudingsgetal van het materiaal van het tweede element kleiner of gelijk is aan het verschil tussen het verhoudingsgetal van het materiaal van het genoemde perslichaam en het verhoudingsgetal van het materiaal van het aangrenzende element.

Indien op een voorwerp van een materiaal met een dwarscontractiemodulus een spanning wordt uitgeoefend, zal dat voorwerp in drie hoofdspanningsrichtingen rekken. Voor een cilindervormig of schijfvormig voorwerp geldt voor een wrijvingsloze situatie, dat ten gevolge van een uitgeoefende normaalkracht een radiale rek e [ - ] ontstaat, die gelijk is aan - ( p/E ) x σζ waarbij, v — dwarscontractiemodulus (= constante van Poisson) [ - ], E = elasticiteitsmodulus [ N/m2 ] en σ = normaalspanning [ N/m2 ].

Onafhankelijk van de hoogte of dikte van het voorwerp is de radiale verplaatsing SR [ m ] op een straal r [ m ]: -r x ( v/E ) x σζ.

Het belasten van voorwerpen met onderling verschillende verhoudingsgetallen ( v/E ) (rekkengetal) leidt tot onderling verschillende radiale rekken. In de werkwijze volgens de uitvinding worden zodanige maatregelen getroffen, dat het optreden van verschillen in radiale rek tijdens het persen tot een minimum wordt beperkt.

Zeer goede resultaten worden bereikt, indien de werkwijze volgens de uitvinding het kenmerk heeft, dat voorts tussen het andere persdeel en het andere element een soortgelijk perslichaam wordt toegepast. De perslichamen hebben bij voorkeur een cilindrische vorm.

Een volkomen storingsvrij aanbrengen van de microstructuur kan bereikt worden met de werkwijze volgens de uitvinding, die gekenmerkt is, doordat het materiaal van het perslichaam zodanig wordt gekozen, dat het verhoudingsgetal althans nagenoeg gelijk is aan het verhoudingsgetal van het materiaal van het aangrenzende element.

Een praktische uitvoeringsvorm, waarbij beide elementen althans in hoofdzaak uit een kunststof worden vervaardigd, heeft het kenmerk, dat de stempel of stempels eveneens uit een kunststof wordt respectievelijke worden vervaardigd.

De uitvinding is uitermate geschikt voor het vervaardigen van een schijfvormige informatiedrager uit een substraat met een lagenstructuur, waarbij het substraat gevormd kan zijn uit elk gangbaar substraat materiaal, zoals polycarbonaat, kwarts en glas. Bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding wordt daartoe tegen het tweede schijfvormige element, omvattende een substraat met daarop een lagenstructuur, het eerste element geperst, waarvan het reliëf aan het oppervlak informatiebits omvat in de vorm van bulten met variabele lengte-afmetingen en dezelfde breedte-afmeting. Een aldus vervaardigde informatiedrager kan in een optisch uitleessysteem worden toegepast en met behulp van een laserbundel worden uitgelezen. De uitvinding is derhalve in het bijzonder gericht op een werkwijze voor het vervaardigen van plaatvormige media, die gecodeerde informatie dragen welke via gereflecteerde optische signalen omgezet kan worden in electrische signalen voor toepassingen in bijvoorbeeld audio- en/of video-uitleessystemen of data-uitleessystemen.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, waarbij het voorwerp een schijfvormige informatiedrager is en beide elementen een polycarbonaat substraat omvatten, heeft het kenmerk, dat het perslichaam uit een polycarbonaat wordt vervaardigd.

De werkwijze volgens de uitvinding is zeer geschikt voor het repliceren van een CD-master tot een optisch uitleesbare informatiedrager. Daarbij kan als eerste element een dimensionaal stabiel vlak eerste substraat toegepast worden, waarop een expansielaag voorzien van verhogingen (bumps) en een retentielaag, in het bijzonder een niet-elastische polymeerlaag, is aangebracht. In een dergelijk schijfvormig element (master/stamper) representeren de bumps, welke volgens een spiraalvormig spoor gerangschikt zijn, gecodeerde informatie. Als tweede element kan een optisch transparant, dimensionaal stabiel tweede substraat met een meerlagenstructuur toegepast worden, waarbij de meerlagenstructuur een zachte kunststoflaag, bijvoorbeeld een hardbare polymeerlaag, omvat. Tijdens het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding worden met de bumps corresponderende putjes in de zachte laag gevormd.

Na het volledig uitharden van de genoemde zachte laag worden door een onderlinge verplaatsing van de perslichamen het eerste en het tweede element van elkaar gescheiden. Door de aanwezigheid van een licht-reflecterende laag, in het bijzonder een metaallaag, kan de met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding aangebrachte informatie optisch uitgelezen worden. Na het aanbrengen van een beschermlaag is het tweede element als informatiedrager gereed.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

De inrichting volgens de uitvinding omvat twee perselementen met naar elkaar toegekeerde persvlakken, waarbij de perselementen ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn in dwars op de persvlakken bestaande verplaatsingsrichtingen. De inrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat aan het persvlak van tenminste een van de persvlakken een perslichaam is bevestigd met een contactvlak voor samenwerking met een element, waarbij het perslichaam is vervaardigd uit een materiaal met een verhoudingsgetal, gelijk aan het quotiënt van de dwarscontractiemodulus en de elasticiteitsmodulus, dat minder verschilt van het soortgelijke verhoudingsgetal van het materiaal van het element dan van het soortgelijke verhoudingsgetal van het materiaal van het desbetreffende persdeel. Met een dergelijke inrichting is het mogelijk om twee elementen tegen elkaar te persen zonder schuifspanningen te introduceren aan het contactvlak tussen de twee elementen en aan het contactvlak tussen een element en een perslichaam. Bij voorkeur is op beide persvlakken van de inrichting een perslichaam aangebracht.

Een optimalisering wordt bereikt met de inrichting, welke gekenmerkt is, doordat het verhoudingsgetal van het materiaal van het perslichaam althans nagenoeg gelijk is aan het verhoudingsgetal van het tijdens bedrijf aangrenzende element.

In het bijzonder voor het persen van elementen voorzien van kunststof substraten is een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding geschikt, welke het kenmerk heeft, dat het materiaal van het perslichaam een kunststof is.

Een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, welke bijzonder geschikt is voor het vervaardigen van schijfvormige optische informatiedragers met een van een polycarbonaatdrager, waarbij gebruik gemaakt wordt van een als stamper te gebruiken masterplaat met een polycarbonaatsubstraat van een, heeft het kenmerk, dat het materiaal van het perslichaam een polycarbonaat is. Ten behoeve van het uitharden van een foto-polymeerlaag van de te vormen informatiedrager is het materiaal van het perslichaam bij voorkeur transparant voor UV-straling.

Teneinde te voorkomen, dat bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding luchtinsluitsels tussen de elementen opgesloten worden, heeft een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat het contactvlak van het perslichaam een conisch-vormig of convex verloop heeft. Teneinde ongewenste axiale spanningen in de inrichting te voorkomen, dient bij toepassing van een conisch-vormig contactvlak, het contactvlak een hoek van maximaal twee milliradialen te vormen met een dwars op de verplaatsingsrichtingen van de persdelen georiënteerd vlak. Gebleken is, dat een hoek van één milliradiaal gunstige resultaten oplevert. Ongewenste axiale spanningen worden voorts tegengegaan door aan het perslichaam een naar het persvlak van het aangrenzende persdeel gericht conisch of convex aanlegvlak te vormen.

Een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het cilindrische perslichaam radiaal uitzetbaar is bevestigd aan het aangrenzende persdeel. Op deze wijze worden bij belasting ongewenste radiale spanningen in het perslichaam tegengegaan. Een praktische uitvoeringsvorm, waarbij voldoende radiale uitzetting bereikt kan worden, heeft het kenmerk, dat het cilindrische perslichaam radiaal uitzetbaar is bevestigd aan het aangrenzende persdeel.

De uitvinding zal nu bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:

Figuur 1 een doorsnede van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding toont,

Figuur 2 schematisch een uitvoeringsvorm van een tussen de perslichamen van de inrichting van figuur 1 geplaatst eerste en tweede element toont en

Figuur 3 schematisch een detail van een perslichaam van de inrichting van figuur 1 toont.

De in figuur 1 getoonde inrichting volgens de uitvinding omvat een ffameplaat 1 en twee ten opzichte van elkaar verplaatsbare persdelen 3 en 5. In het getoonde voorbeeld is het uit kwarts vervaardigd persdeel 5 vast aan de ffameplaat 1 bevestigd en is het gehard stalen persdeel 3 verplaatsbaar langs een verplaatsingsas 3a. Het persdeel 3 is bevestigd op een persslede 7, welke axiaal verplaatsbaar is langs zich parallel aan de verplaatsingsas 3a uitstrekkende geleidingskolommen 9, welke enerzijds bevestigd zijn in de frameplaat 1 en anderzijds in een ffameplaat 11. Ten behoeve van de lagering van de slede 7 zijn gehard stalen bussen 13 en bronzen lagerbussen 15 met kogels aangebracht. De aandrijving van het persdeel 3 vindt plaats met behulp van hier niet nader omschreven op zichzelf bekende hydraulische middelen 17.

De persdelen 3 en 5 bezitten elk een persvlak 23 respectievelijk 25, waarop een perslichaam 27 respectievelijk 29 is bevestigd. Beide perslichamen 27 en 29 zijn voorzien van een centrale opening 31 respectievelijk 33, waarin een centreerdoom 35 respectievelijk 37 steekt. Het perslichaam 27 is met behulp van een bevestigingsring 39 bevestigd aan het stalen persdeel 3. Het perslichaam 29 is met een bevestigingsconstructie 41 bevestigd aan het persdeel 5, en is evenals het kwarts doorlatend voor UV-straling.

Beide perslichamen 27 en 29 zijn voorzien van een contactvlak 47 respectievelijk 49 voor samenwerking met een eerste element 51 respectievelijk een tweede element 53. Door zowel voor de perslichamen 27 en 29 als voor de elementen 51 en 53 hetzelfde, althans in hoofdzaak hetzelfde materiaal te kiezen, wordt bereikt, dat er tussen de onderlinge verhoudingsgetallen, bepaald door het quotiënt van de dwarscontractiemodulus en de elasticiteitsmodulus, zich geen of slechts geringe, onbeduidende verschillen voordoen.

De inrichting volgens de uitvinding is in het bijzonder bedoeld en geschikt, voor het vervaardigen van optisch uiüeesbare informatiedragers, waarin in cirkelvormige of quasi-cirkelvormige sporen informatie aanwezig is. Een dergelijke informatiedrager kan met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigd worden uit het tweede element 53. In figuur 2 zal nader ingegaan worden op het tweede element 53 en vervolgens op het eerste element 51.

Het tweede element 53 omvat een op het contactvlak 49 rustend substraat 55 van een UV-doorlatend polycarbonaat en een daarop aangebrachte zachte foto-uithardbare laag 57, bijvoorbeeld een polymeerlaag. Op de laag 57 bevindt zich een metaallaag 58 van bijvoorbeeld Ag. Het eerste element 51 omvat een tegen het contactvlak 47 aanliggend substraat 59 van polycarbonaat, een daarop aangebrachte expansielaag 61 voorzien van informatiebits representerende bumps 61 en een retentielaag 63. Het aldus gevormde eerste element 51 is een zogenaamde direct-effect stamper (DES) voorzien van een informatie bevattend oppervlak 65. De dikte van de substraten bedraagt doorgaans enkele millimeters, terwijl de dikte van de daarop aangebrachte laag of lagenstructuur slechts enkele microns bedraagt. Beide substraten 55 en 59 zijn schijfvormig en hebben dezelfde diameter. De rekken getallen van de materialen van beide substraten zijn onderling gelijk.

Opgemerkt wordt, dat in EP-A-0 322 057 (PHQ 87.048; herewith incoiporated by reference) een master is beschreven, die geschikt is voor direct effect mastering.

Tijdens het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding worden de beide cilindervormige perslichamen 27 en 29 overeenkomstig de veiplaatsingsas 3a naar elkaar toe verplaatst, waarbij beide elementen 51 en 53 tegen elkaar gedrukt worden. Daarbij wordt de uithardbare laag 57 en de metaallaag 58 nabij het oppervlak 67 koud vervormd door de verhogingen 61B aan het oppervlak 65 ten behoeve van het overbrengen van informatie en het vormen van informatiesporen. Met behulp van een niet getekende stralingsbron wordt de laag 57 uitgehard, waarna het eerste element 51 door verplaatsing van het persdeel 3 met het perslichaam 27 van het tweede element 53 wordt verwijderd. Het is ook mogelijk het eerste element 51 en het tweede element 53 van elkaar te scheiden voordat de laag 57 wordt uitgehard. De metaallaag 58 van een met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding aangebrachte micro-structuur voorziene tweede element 53, ook wel aangeduid als replica (DER), dient als reflectielaag ten behoeve van het met behulp van een laserstraal optisch uitlezen van het aangebrachte informatiespoor, dat meestal spiraalvormig is of uit concentrische cirkels is opgebouwd. De aldus gevormde informatiedrager kan nog voorzien worden van een beschermlaag. Indien gewenst kan de reflectielaag na het handvervormen van de laag 57 aangebracht worden.

Ter voorkoming van ongewenste spanningen in de perslichamen 27 en 29 is tenminste een van de perslichamen, in dit voorbeeld het perslichaam 27 voorzien van een conisch-vormig contactvlak 47, dat een hoek α van 1 milliradiaal vormt met een dwars op de verplaatsingsas 3a georiënteerd vlak 69. Het naar het persvlak 23 van het persdeel 3 toegekeerde vlak 47A kan om dezelfde reden eveneens conisch-vormig zijn. Gebleken is dat bij de genoemde hoek de perslichamen bij voorkeur een hoogte groter dan 20 mm dienen te bezitten.

Om een radiale uitzetting van het perslichaam 27 ten opzichte van het persdeel 3 mogelijk te maken, is tussen het aanlegvlak 47A van het perslichaam 27 en het persvlak 23 van het persdeel 3 een dunne teflonlaag 71 aangebracht.

De uitvinding is vanzelfsprekend niet beperkt tot het getoonde uitvoeringsvoorbeeld. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk, om het gedefinieerde verhoudingsgetal van slechts één van de perslichamen aan te passen aan het verhoudingsgetal van de eerste en tweede elementen. Voorts zal het niet steeds nodig zijn om een perslichaam te voorzien van een conisch-vormig of convex-contactvlak.

Voorts wordt opgemerkt, dat afhankelijk van het materiaal van de elementen of substraten daarvan de perslichamen ook uit een ander materiaal dan polycarbonaat vervaardigd kunnen worden, zoals kwarts of glas of een andere kunststof, bijvoorbeeld polymethylmethacrylaat. Tevens wordt opgemerkt dat het uit symmetrie-overwegingen belangrijk kan zijn om de perslichamen 27 en 29 eenzelfde hoogte te geven.

Claims (18)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een voorwerp voorzien van een oppervlakte-structuur, waarbij gebruik wordt gemaakt van ten opzichte van elkaar verplaatsbare persdelen met naar elkaar toegekeerde persvlakken, waarmede een eerste element en met aan een oppervlak een reliëf een tweede element tegen elkaar worden geperst voor het door koud vervormen aanbrengen van een micro-structuur op het tweede element, met het kenmerk, dat tijdens het persen gebruik wordt gemaakt van tenminste een tussen een van de persdelen en een van de elementen aangebracht perslichaam van een materiaal met een verhoudingsgetal, gelijk aan het quotiënt van de dwarscontractiemodulus en de elasticiteitsmodulus van het materiaal, dat minder verschilt van het soortgelijke verhoudingsgetal van het materiaal van het desbetreffende element dan van het soortgelijke verhoudingsgetal van het materiaal van het desbetreffende persdeel, waarbij het verschil tussen het verhoudingsgetal van het materiaal van het eerste element en het verhoudingsgetal van het materiaal van het tweede element kleiner of gelijk is aan het verschil tussen het verhoudingsgetal van het materiaal van het genoemde perslichaam en het verhoudingsgetal van het materiaal van het aangrenzende element.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voorts tussen het andere persdeel en het andere element een soortgelijk perslichaam wordt toegepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het materiaal van het perslichaam zodanig wordt gekozen, dat het verhoudingsgetal althans nagenoeg gelijk is aan het verhoudingsgetal van het materiaal van het aangrenzende element.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij beide elementen althans in hoofdzaak uit een kunststof worden vervaardigd, met het kenmerk, dat het perslichaam uit een kunststof wordt vervaardigd.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, waarbij het voorwerp een schijfvormige informatiedrager is en beide elementen een polycarbonaat substraat omvatten, met het kenmerk, dat het perslichaam uit een polycarbonaat wordt vervaardigd.

6. Voorwerp vervaardigd volgens de werkwijze volgens conclusie 4 of 5, waarbij de oppervlakte-structuur aanwezig is in de vorm van een spiraalvormig spoor en optisch uitleesbaar is.

7. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 5, omvattende twee persdelen met naar elkaar toegekeerde persvlakken, welke persdelen ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn in dwars op de persvlakken staande verplaatsingsrichtingen, met het kenmerk, dat aan het persvlak van tenminste een van de persvlakken een perslichaam is bevestigd met een contactvlak voor samenwerking met een element, waarbij het perslichaam is vervaardigd uit een materiaal met een verhoudingsgetal, gelijk aan het quotiënt van de dwarscontractiemodulus en de elasticiteitsmodulus, dat minder verschilt van het soortgelijke verhoudingsgetal van het materiaal van het element dan van het soortgelijke verhoudingsgetal van het materiaal van het desbetreffende persdeel.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat voorts op het andere persvlak een soortgelijk perslichaam is bevestigd.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat het verhoudingsgetal van het materiaal van het perslichaam althans nagenoeg gelijk is aan het verhoudingsgetal van het tijdens bedrijf aangrenzende element.

10. Inrichting volgens conclusie 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat het materiaal van het perslichaam een kunststof is.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de kunststof een polycarbonaat is.

12. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat de kunststof transparant is voor UV-straling.

13. Inrichting volgens conclusie 7, 8, 9, 10, 11 of 12, met het kenmerk, dat het contactvlak van het perslichaam een conisch-vormig of convex verloop heeft.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat bij een conisch-vormig contactvlak, het contactvlak een hoek van maximaal 2 milliradialen vormt met een dwars op de verplaatsingsrichtingen georienteerd vlak.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de genoemde hoek 1 milliradiaal bedraagt.

16. Inrichting volgens conclusie 13, 14 of 15, met het kenmerk, dat het perslichaam een naar het persvlak van het aangrenzende persdeel gericht conisch of convex aanlegvlak bezit.

17. Inrichting volgens een van de conclusies 7 tot en met 16, met het kenmerk, dat het cilindrische perslichaam radiaal uitzetbaar is bevestigd aan het aangrenzende persdeel.

18. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat op het persvlak van het persdeel een zich tussen het persdeel en het perslichaam uitstrekkende teflonlaag aanwezig is.