JP2003129269A

JP2003129269A - モジュール電鋳母型及び電鋳複製方法

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Publication number: JP2003129269A
Application number: JP2001320253A
Authority: JP
Inventors: Kunio Ikeda; 邦夫池田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】形状転写品質の優れた電鋳複製法、均一電着性
の電鋳金型構造、生産性のよい電鋳金型構造、安価な電
鋳金型製作法等を工夫して、形状転写領域のみの分割加
工で低質量かつ機械加工性、ハンドリング性を向上させ
ること。【解決手段】モジュール電鋳母型を微細パターンを形成
した形状転写領域とその周辺領域とを数ブロックに分割
組立可能とし、形状転写面をブロック同一面に配置した
こと。【作用】微細パターンを形成した形状転写領域の周辺を
他の母型ブロックで囲み、かつ形状転写領域と周辺のブ
ロックの電析面が平面になるので、形状転写領域外周に
段差がなく、したがって、形状転写領域外周における集
中析出はなく、形状転写領域全域において均一なメッキ
層が形成される。それゆえ、集中析出に伴う形状転写領
域のメッキ層の反りや変形による転写品質の低下はな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微細パターンを配置
した原板から高精度に転写複製する技術に関するもので
あり、画像形成装置、レーザビームプリンタ、普通紙複
写機、普通紙ＦＡＸなどに用いられる書き込み装置用の
光学部品の製作に利用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】高精度転写複製技術に関する従来技術と
して、特開平５−２８７５７７号公報に記載されている
ものがある。これは、電鋳型製造用基板及び電鋳型の製
造方法ホログラム、マイクロレンズアレイ用電鋳型製作
方法であり、母型から電鋳複製品の剥離時の外力や熱で
電鋳型部にダメージを与えないようにしたものである。
上記従来技術は、形状転写部と周辺スリーブ部とを分割
一体可能にして、母型からの複製品剥離時に形状転写部
へのダメージを与えないようにしたものであるが、しか
し、母型が周辺スリーブ上に突き出した形で固定されて
いる関係上、電鋳において型端縁部に集中析出すること
が避けられず、そのため反りや変形による転写品質への
影響が懸念される。

【０００３】

【解決しようとする課題】この発明の主要な課題は、形
状転写品質の優れた電鋳複製法、均一電着性の電鋳金型
構造、生産性のよい電鋳金型構造、安価な電鋳金型製作
法、簡単な操作で適度な密着性と離型性を付与できる電
鋳金型表面処理法、再使用可能な電鋳金型構造、メッキ
剥離耐薬品性の良い電鋳金型構造を工夫して、形状転写
領域のみの分割加工で低質量かつ機械加工性、ハンドリ
ング性の向上を図ることである。

【０００４】

【各請求項に係る発明の課題】請求項１に係る発明の課
題は、低質量で機械加工性、ハンドリング性に優れた電
鋳母型形成法、母型高精度転写領域が安定した母型構造
を工夫することである。請求項２に係る発明の課題は、
耐薬品性に優れた電鋳母型構造、再使用可能な電鋳母型
構造、特別な表面処理することなく適度な密着性と剥離
性を付与した電鋳母型構造を工夫することである。請求
項３に係る発明の課題は、形状転写品質が優れた電鋳複
製のための電鋳母型構造を工夫することである。請求項
４、請求項５に係る発明の課題は、特別な化学薬品を使
用することなく、適度な密着性と剥離性とを付与した電
鋳母型表面調整方法を工夫することである。請求項９、
請求項１０に係る発明の課題は、型耐久性に優れた電鋳
複製品及びその製作方法を工夫することである。

【０００５】

【課題解決のために講じた手段】

【解決手段１】（請求項１に対応）上記の課題解決のた
めに講じた手段１は、モジュール電鋳母型を微細パター
ンを形成した形状転写領域とその周辺領域とを数ブロッ
クに分割組立可能とし、形状転写面をブロック同一面に
配置したことである。

【作用】微細パターンを形成した形状転写領域の周辺を
他の母型ブロックで囲み、かつ形状転写領域と周辺のブ
ロックの電析面が平面になるので、形状転写領域外周に
段差がなく、したがって、形状転写領域外周における集
中析出はなく、形状転写領域全域において均一なメッキ
層が形成される。それゆえ、集中析出に伴う形状転写領
域のメッキ層の反りや変形による転写品質の低下はな
い。

【０００６】

【解決手段２】（請求項２に対応）解決手段２は、解決
手段１のモジュール電鋳母型について、周辺領域の母型
素材をステンレス、チタニウムで構成したことである。

【作用】型周辺部はステンレス、チタニウムであるから
耐薬品性に優れ、耐久性が高いので、型周辺部のブロッ
クを繰り返し使用することができる。

【０００７】

【解決手段３】（請求項３に対応）解決手段３は、解決
手段１のモジュール電鋳母型について、周辺領域内に電
鋳複製品の剥離防止用の凹部溝を設けたことである。

【作用】母型の凹部溝に電鋳複製品がハメアイ式に結合
するので、母型から電鋳複製品が剥離することが防止さ
れる。

【０００８】

【解決手段４】（請求項４に対応）解決手段４は、解決
手段１又は解決手段２のモジュール電鋳母型による電鋳
複製方法について、母型周辺領域の電析面を電鋳直前に
機械的研磨するようにしたことである。

【作用】母型周辺領域の電析面を機械的に研磨すること
により、当該電析面の清浄化と適度な粗面化がなされ、
メッキ密着性と離型性との反対の特性を同時に満足させ
ることができる。

【０００９】

【実施態様１】（請求項５に対応）実施態様１は、解決
手段の電鋳複製方法において、その電鋳直前の機械的研
磨を不織布研磨法によって行うことである。

【作用】電鋳直前の機械的研磨を不織布研磨法によって
行うことにより、均一で適切な電鋳表面の清浄化、粗面
化を容易に行うことができる。

【００１０】

【解決手段５】（請求項６に対応）解決手段は、解決手
段１乃至解決手段３のモジュール電鋳母型について、母
型最外周部に電気絶縁性の遮蔽物を配置したことであ
る。

【作用】上記遮蔽板による電界制御作用で均一な電鋳つ
きまわりがなされ、厚さの均一化、反り変形の防止、電
着応力の均一化が図られる。

【００１１】

【実施態様２】（請求項７に対応）実施態様２は、解決
手段５における母型最外周部に配置する遮蔽物材料を、
プラスチック材料、セラミックス材料等の電気絶縁性材
料としたことである。

【００１２】

【解決手段６】（請求項８に対応）解決手段６は、解決
手段１のモジュール電鋳母型について、母型最外周部に
電気導電性の補助極を配置してマイナス極として通電す
るようにしたことである。

【作用】上記マイナス極の補助極による電界制御作用で
均一な電鋳つきまわりがなされ、厚さの均一化、反り変
形の防止、電着応力の均一化が図られる。

【００１３】

【解決手段７】（請求項９に対応）解決手段４の電鋳複
製法について、その初期形状転写膜としてニッケル及び
その合金の無電解メッキを用いたことである。

【作用】初期転写層を無電界メッキで形状転写するよう
にしたことにより、電着応力の影響を受けず、したがっ
て、高品質の転写精度が得られる。

【００１４】

【実施態様３】（請求項１０に対応）実施態様３は、解
決手段７の電鋳複製方法について、そのメッキの厚さを
５０μｍ〜１５０μｍとしたことである。

【００１５】

【実施態様４】（請求項１１に対応）解決手段７又は実
施態様３の電鋳複製方法において、そお初期形状転写メ
ッキ後、引き続き、銅電鋳、ニッケル電鋳及びその合金
電鋳で厚付けするようにしたことである。

【００１６】

【実施の形態】この実施の形態はプラスチック製の微少
レンズの電鋳型製作法である。単レンズ用としては超精
密切削法で知られる旋削加工で型材料を直接切削して形
状創成する。金型ブロック表面に無電解ニッケルメッキ
を厚付けしてＳｉ単結晶の切削バイトで球面加工する方
法である。また、ポンチなどによる塑性加工が用いられ
ることもある。微少レンズを一定ピッチで配置したマイ
クロレンズアレイの型加工においては、切削加工が必ず
しも有利ではない。なぜなら、一定ピッチ（例えば０．
６０ｍｍ）でレンズ形状（例えば直径０．５５ｍｍ）を
創成するには母型材を前述のピッチで移動する必要があ
り、ピッチ移動に伴ってバランスを調節する必要がある
が、加工数（レンズ数）に限界があり、現実的には小ブ
ロック化せざるを得ず、また、小ブロックでの電鋳複製
では型端縁部への集中析出の問題があるため、高精度転
写が困難であるからである（図１参照）。電流密度分布
の均一領域において形状転写しないと、精度、膜厚均一
化、電着応力などの問題で予定精度の電鋳複製品が得ら
れない。この発明は、切削加工は小ブロックで、電鋳複
製は一定面積を確保して精度の高い電鋳複製をするため
に、従来の機械加工法で得られた母型小ブロックとそれ
を保持しかつ均一電着ゾーンを確保するための周辺領域
とのブロック集合化を図り、かつ、分割一体化するよう
にして、従来の加工の問題、電鋳の問題を解決したもの
である。

【００１７】

【実施例１】実施例１は、微少レンズの反転形状を加工
した母型ブロック（高精度転写領域ブロック）１を中央
に配置し、その周辺をステンレス製の別の母型ブロック
（周辺領域ブロック）２，３で囲むようにして固定した
ものである。各ブロックをネジ締めなどの着脱自在の固
着手段で一体化する。このとき、ブロック表面を面一に
する（図２（ｂ））。この実施例では周辺の母型ブロッ
ク２，３としてＳＵＳ３０４を用いた。ＳＵＳ３０４を
用いる場合、合金組成の影響で自然にクロム酸化膜が形
成され、特別な化学処理などをしなくても離型作用があ
り、さらに耐硝酸性に優れ、バリ状に析出したニッケル
の破片なども容易に硝酸処理で除去される。また、不織
布研磨を行うことにより表面の清浄化と適度な粗面化を
行うことができ、メッキ密着性と離型性の反対の特性を
同時に満足させることができる。図２において、高精度
転写部は母型中央部に位置しており電流密度分布もバラ
ンスされている関係から、厚さ、反り変形、応力分布が
均一な領域にあり、高い転写精度が得られる。

【００１８】

【実施例２】図３に示す実施例２は、電鋳母型の周辺領
域に凹溝部５を配置して、母型の凹溝部５と電鋳複製品
をハメアイ式に結合させることによって、電鋳複製品が
母型から剥離するのを防止するようにしたものである。
なお、母型側面にも電鋳層を形成するものである場合
は、母型側面に上記凹溝部５を配置して当該凹溝部と電
鋳複製品をハメアイ式に結合させることで、同様にして
剥離を防止する効果が得られる。

【００１９】

【実施例３】図４に示す実施例３は、モジュール電鋳型
の外周部に硬質塩化ビニル樹脂による直径２００ｍｍ、
厚さ５ｍｍ、高さ４０ｍｍの電気絶縁性の遮蔽板１０を
配置したものである。この遮蔽板１０による電界制御作
用によって均一な電鋳つきまわりがなされ、形状転写部
のメッキ厚さの均一化、反り変形の防止、電着応力の均
一化が図られる。つまり、遮蔽板１０を設けないで電鋳
を行うと、母型ブロック（ステンレス製の周辺領域ブロ
ック）２，３の外周縁に端部集中析出部が形成され、こ
のため、中央の母型ブロック（高精度転写領域ブロッ
ク）１上での析出が遅延し、また、電着応力の不均一化
のために母型ブロック１上のメッキ層の歪みが助長され
ることになるが、遮蔽板１０を設けることによって、メ
ッキ層は図４に示すように均一な厚さで比較的速やかに
成長する。

【００２０】

【実施例４】また、図５に示すように、母型周囲に導電
性の補助極１１を配置し、これを陰極として電鋳して
も、遮蔽板１０を配置する場合と同様の効果を得ること
ができる。この場合は、補助極１１に印加する電圧を加
減することによって、状況に応じてその影響の強弱を適
宜調整することができる。

【００２１】従来の電鋳法は、同一電鋳金属による形状
転写であるが、以上の実施例は初期形状転写層として無
電解ニッケルメッキを用いた。化学的な還元作用で金属
析出するので電気メッキに比して、電着応力の影響を低
減することができる。無電解ニッケルメッキはビッカー
ス硬度が４００〜５００の範囲にあるので耐摩耗性が高
い。無電解ニッケルメッキで初期形状転写後、引き続
き、電気ニッケル、電気銅の厚付けをすると無電解ニッ
ケルメッキと電気メッキとがハイブリッドした電鋳キャ
ビテイを製作することができる。

【００２２】また、母型ブロック（周辺領域ブロック）
２，３の電析面を不織布研磨材で研磨してその表面の清
浄化、粗面化を行い、これによってメッキ密着性とメッ
キ離型性を向上させる。この場合、電析面を０．１μｍ
程度の粗面にすればよく、そのための不織布研磨材とし
てはＧＣ＃１５００が適当である。

【００２３】

【発明の効果】この発明は次の効果を生じたものであ
る。高精度加工領域とその周辺領域を分割一体化して機
能分離したので、低質量化が可能になり旋削加工での形
状創成においてバランス確保が容易となり、高品質な電
鋳複製品が得られる。高精度加工領域とその周辺領域を
分割一体化できるようにしたので、形状転写部の型交換
がやり易く、また、電鋳領域の拡大により電鋳均一ゾー
ン内の高精度転写母型を配置するようにしたので高精度
転写を実現することができる。

【００２４】この発明の効果を各請求項毎に整理すれば
次のとおりである。請求項１に係る発明の効果高精度転写部と周辺部と機能分離したので、低質量化が
可能になり旋削加工での形状創成においてバランス確保
が容易となり高品質な母型形状が得られる効果がある。
電鋳領域の拡大により電鋳均一ゾーン内の高精度転写母
型を配置するようにしたので高精度転写ができる効果が
ある。

【００２５】請求項２、請求項４、請求項５に係る発明
の効果型周辺部にステンレス、チタニウムを用いたので耐薬品
性に優れ、また、不織布研磨材による機械的研磨のみで
表面清浄化と適度な粗さを付与できる。ステンレス、チ
タニウム母材と不織布研磨のみでメッキ密着性とメッキ
離型性の相反する特性を付与できる。

【００２６】請求項３に係る発明の効果母型外周部に設けた凹部への勘合作用により電鋳時の複
製品剥離を防止する効果を有する。

【００２７】請求項６、請求項７に係る発明の効果電気絶縁性の遮蔽物を配置したことによる電界制御の作
用で外周部、端縁部への集中析出を防止でき、また、電
界集中が防止されるので応力バランス、膜厚均一化が図
られる。

【００２８】請求項８に係る発明の効果補助極の作用で端部への集中析出を防止できるので、電
鋳析出効率とメッキ膜厚均一性を改善することができ
る。

【００２９】請求項９、請求項１０、請求項１１に係る
発明の効果初期転写層を無電界メッキで形状転写するようにしたの
で電着応力の影響を受けないから、高品質の転写精度が
得られる。また、無電解ニッケルメッキはビッカース硬
度において４００〜５００の範囲にあり、耐摩耗性に優
れるので型耐久を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は従来技術を模式的に示す断面図である。

【図２】（ａ）は実施例１の平面図、（ｂ）は図（ａ）
におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】（ａ）は他の実施例２の平面図、（ｂ）は図
（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

【図４】はさらに他の実施例３の断面図である。

【図５】（ａ）は、さらに他の実施例４の平面図、
（ｂ）は図（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１：高精度転写領域の母型ブロック２，３：周辺領域の母型ブロック５：周辺領域の母型ブロックに設けた環状の凹溝部１０：遮蔽板１１：補助極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微細パターンを形成した形状転写領域とそ
の周辺領域とを数ブロックに分割組立可能とし、形状転
写面をブロック同一面に配置したことを特徴とするモジ
ュール電鋳母型。
【請求項２】請求項１のモジュール電鋳母型において、
周辺領域の母型素材をステンレス又はチタニウムの材料
で構成したことを特徴とするモジュール電鋳母型。
【請求項３】請求項１のモジュール電鋳母型において、
周辺領域内に電鋳複製品の剥離防止用の凹部溝を設けた
ことを特徴とするモジュール電鋳母型。
【請求項４】請求項１又は請求項２のモジュール電鋳母
型による電鋳複製方法において、母型周辺領域の電析面
を電鋳直前に機械的研磨するようにしたことを特徴とす
る電鋳複製方法。
【請求項５】請求項４の電鋳複製方法において、その電
鋳直前の機械的研磨が不織布研磨法による研磨であり、
これによって電鋳表面の清浄化、粗面化を行うことを特
徴とする電鋳複製方法。
【請求項６】母型最外周部に電気絶縁性の遮蔽物を配置
したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のモジュー
ル電鋳母型。
【請求項７】母型最外周部に配置した遮蔽物材料とし
て、プラスチック材料、セラミックス材料による電気絶
縁性材料を用いたことを特徴とする請求項６のモジュー
ル電鋳母型。
【請求項８】母型最外周部に電気導電性の補助極を配置
してマイナス極として通電するようにしたことを特徴と
する請求項１のモジュール電鋳母型。
【請求項９】電鋳複製法における初期形状転写膜として
ニッケル及びその合金の無電解メッキを用いたことを特
徴とする請求項４の電鋳複製法。
【請求項１０】請求項９の電鋳複製方法において、その
メッキの厚さを５０μｍ〜１５０μｍとしたことを特徴
とする電鋳初期膜形成方法。
【請求項１１】請求項９又は請求項１０の初期形状転写
メッキ後、引き続き、銅電鋳、ニッケル電鋳又はその合
金電鋳で厚付けするようにしたことを特徴とする電鋳複
製方法。