JP2008221783A - プラスチック成形品の射出成形用断熱スタンパ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に微細凹凸パターンを持つ第１マトリックス層が、断熱領域層を挟んで第２マトリックス層と積層された構造を有する射出成形用断熱スタンパであって、第１マトリックス層の微細凹凸パターン表面側の硬度が高く、耐久性の高い断熱スタンパ、及び、該断熱スタンパを低い環境負荷で製造する方法の提供。
【解決手段】表面に微細凹凸パターンを有するプラスチック成形品の射出成形用断熱スタンパであって、表面に微細凹凸パターンを持つ第１マトリックス層が、断熱領域層を挟んで第２マトリックス層と積層された構造を有し、該断熱領域層が、スタンパを構成する母体金属よりも低熱伝導率の耐熱樹脂ワニスで形成されており、該第１マトリックス層が、母体金属層と、母体金属よりも硬質な無機材料を含む層とからなる積層構造を持つか、或いは、母体金属よりも硬質な、無機成分を含んだ合金層からなる断熱スタンパ。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック成形品の射出成形用断熱スタンパ及びその製造方法に関する。

従来、薄板形状成形品の射出形成においては、金型やスタンパ部分に熱伝導性を調整する断熱領域を設けて、キャビティ内の熱伝導性を調整し、転写性やタクトタイムを向上させるという技術があり、以下のような発明が知られている。
即ち、特許文献１には、成形中の熱可塑性材料の初期冷却を遅延化するために金型中の支持体とスタンパとの間に断熱性金型挿入体を着脱式に装着し、この断熱性金型挿入体の厚さ寸法の中心領域が低い密度を持ち且つ縁部領域が高い密度を持つ密度変化を有する断熱層を有していることによって、成形中の熱可塑性材料の初期冷却を遅延化せしめ、転写性を向上させる発明が開示されている。
また、特許文献２には、キャビティ内の一側壁面側に配置されるスタンパに断熱性を有するスタンパ側断熱材を設けると同時に、スタンパと対面する他側壁面側に断熱性を有する金型側断熱材を設けることによって、キャビティへの溶融樹脂射出充填時に転写温度の変化が少なくなり、転写性の維持とタクトアップを可能にすると共に、両面の温度を制御して光ディスク基板の反り形状を理想的な形状にすることが容易となる発明が開示されている。

この他に、スタンパ構成金属マトリックスよりも低熱伝導率物質からなる断熱領域層をスタンパ構成金属マトリックスで挟んだ構造を持つ断熱スタンパが知られており、断熱領域層を形成する物質としては、耐熱性樹脂（ポリイミド系）が知られている。
その例として、特許文献３には、ファーストニッケル層の上に、片面に粘着剤を有するポリイミドシートを密着して貼り付けて断熱層を形成し、その上にセカンドニッケル層を形成した後、内周部と外周部を打ち抜いて断熱スタンパとする発明が開示されている。
しかし、上記のような構造の断熱スタンパでは、高い断熱特性を得るために溶融樹脂と接する面側の金属マトリックス層（本発明で言う第１マトリックス層）をなるべく薄くする必要があるが（２０μｍ以下）、そうするとスタンパ強度が弱くなり、耐久性に問題が出てくる。また、電鋳ニッケルで作成されたスタンパの上記金属マトリックス層は、ほぼ純ニッケルのため硬度が小さく（Ｈｖで３００未満）耐久性に難がある。

そこで金属マトリックス層に高い硬度、耐久性を持たせるために、スタンパマトリックス中にクロム層を積層させる方法があるが、クロムめっきの場合、一般的に有害な六価のクロム塩（重クロム酸カリウム、無水クロム酸など）の浴を用いるため環境に対する負荷が高く、近年無害な三価のクロム塩を使用した浴が見られるようになった。
その例として、特許文献４には、成形品表面に三価のＣｒめっき処理を行う際の浴及びめっき処理条件を規定した発明が開示されている。
また、特許文献５には、使用性が良好で工業製品のクロムめっきにも使用可能な三価のクロムめっき浴に係る発明が開示されており、めっき浴中に三価クロム塩（塩化クロム）と、有機化合物系の第１錯化剤（ギ酸カリウム）と、有機化合物系の第２錯化剤（乳酸）と、緩衝剤（ほう酸）と、電導塩（塩化カリウム）と、腐食抑制剤（臭化Ｋ）と、表面調整剤（ポリエチレングリコール４００）と、硬化剤（塩化ストロンチウム）とを含有する三価Ｃｒめっき浴が記載されている。
また、特許文献６には、少なくとも無害な三価のＣｒとＦｅを含むめっき液中で、下地金属を電気分解めっきして、クロムを鉄−クロム合金として下地金属上にめっきする発明が開示されている。

しかし、特許文献１の発明では、断熱性金型挿入体が着脱式であるため、取り付け時に異物が挟まり、成形不良を起こす危険性があるし、断熱性金型挿入体は極薄い薄膜状のものなので、取り付け時にしわが寄ったり、破損してしまう場合もあるため、取扱に細心の注意をせねばならず、頻繁な着脱には不向きである。また被成形物と接する金属スタンパは、断熱性を高めるために３０μｍ以下にする必要があるが、強度的に非常に弱く、実用性に難がある。
また、特許文献２の発明では、極少量の生産ではあまり問題とならないが、ショット数が増えるに従って金型内の蓄熱が大きくなり、成形品の冷却がうまくできなくなり、却って成形サイクルのタクトタイムが大きくなってしまうという問題がある。
また、特許文献３の発明では、ポリイミドシートが非常に高価で、且つシート貼り付け装置も大掛かりなものが必要となり、液状断熱樹脂塗布に比べてコストが大幅に増すという問題がある。
また、特許文献４、５の発明は、クロムのみの浴であり、ニッケル−クロムといった積層構造を形成するためには、それぞれの浴及び電鋳槽が必要であり且つ管理が煩雑となるためコストアップを招くという問題がある。
また、特許文献６の発明は、鉄系素材での内容のものであり、ニッケル系の材質のものには展開できない。
上記の他にも、金属マトリックス層と断熱樹脂層との密着強度を高めるため、層形成後に高温ベーク（２００〜３００℃）する方法も一般的に行われているが、ベーク時の熱収縮によってスタンパが大きく反り返ったり、スタンパのパターンの寸法精度が狂ったりする恐れがある。

特許第３０６６２５４号公報 特許第３８３１１４７号公報 特開２００２−１１７５９３号公報 特許第３７２２７２４号公報 特開２００２−２８５３７５号公報 特開２００２−２０６１８９号公報

本発明は、表面に微細凹凸パターンを持つ第１マトリックス層が、断熱領域層を挟んで第２マトリックス層と積層された構造を有する射出成形用断熱スタンパであって、第１マトリックス層の微細凹凸パターン表面側の硬度が高く、耐久性の高い断熱スタンパ、及び、該断熱スタンパを低い環境負荷で製造する方法の提供を目的とする。

上記課題は、次の１）〜７）の発明によって解決される。
１） 表面に微細凹凸パターンを有するプラスチック成形品の射出成形用の断熱スタンパであって、表面に微細凹凸パターンを持つ第１マトリックス層、断熱領域層及び第２マトリックス層が積層された構造を有し、該断熱領域層が、スタンパを構成する母体金属よりも低熱伝導率の耐熱樹脂ワニスを含んで形成されており、該第１マトリックス層が、母体金属層と、母体金属よりも硬質な無機材料を含む層とを備えた積層構造を持つことを特徴とする断熱スタンパ。
２） 前記無機材料が、クロム、コバルト、モリブデンの何れかであることを特徴とする１）記載の断熱スタンパ。
３） 表面に微細凹凸パターンを有するプラスチック成形品の射出成形用の断熱スタンパであって、表面に微細凹凸パターンを持つ第１マトリックス層、断熱領域層及び第２マトリックス層が積層された構造を有し、該断熱領域層が、スタンパを構成する母体金属よりも低熱伝導率の耐熱樹脂ワニスを含んで形成されており、該第１マトリックス層が、母体金属よりも硬質な、無機成分を含んだ合金層を有することを特徴とする断熱スタンパ。
４） 前記無機成分が、クロム、タングステン、コバルト、モリブデン、リン、ボロンの何れかであることを特徴とする３）記載の断熱スタンパ。
５） 硬質な無機材料又は無機成分としてクロムを使用し、ニッケル塩及び三価のクロム塩を同時に浴組成として持つニッケル−クロム混合めっき浴を用いた単槽による電鋳法によって第１マトリックス層を形成することを特徴とする１）〜４）の何れかに記載の断熱スタンパの製造方法。
６） 第１マトリックス層形成のための電鋳を終了して水洗した後、濡れた状態の第１マトリックス層の電鋳皮膜形成面を大気中に曝さないようにしておき、その後、連続作業によって時間を置かずに、スピン乾燥と樹脂ワニス塗布を実施することを特徴とする５）記載の断熱スタンパの製造方法。
７） １）〜４）の何れかに記載の断熱スタンパを用いて射出成形された、表面に微細凹凸パターンを有することを特徴とするプラスチック成形品。

以下、上記本発明について詳しく説明する。
本発明の断熱スタンパの基本構成を図１に示す。図１（ａ）はスタンパを上面から見た図で、スタンパ表面には微細な凹凸を有する情報パターンが半径に沿って刻まれている。また、図１（ｂ）はスタンパのＡ−Ａ′断面図であり、断熱領域層が第１マトリックス層と第２マトリックス層に挟まれた構造になっている。
本発明では、第１マトリックス層の構成を、母体金属層と硬質な無機材料を含む層との積層構造とするか、又は母体金属よりも硬質な、無機成分を含んだ合金層とすることによって、母体金属単層の場合に比べて第１マトリックス層の表面の硬度を高くすることができる。なお、上記積層構造には、母体金属層と硬質な無機材料を含む層を交互に２回以上繰り返し積層する場合を含む。
なお、本発明における硬質な無機材料を含む層、又は母体金属よりも硬質な、無機成分を含んだ合金層の硬度は、Ｈｖ（ビッカース硬さ数）で４００以上が好ましく、更に好ましくは５００〜６００である。

また、本発明では、前記積層構造又は合金層を形成する際に、母体金属としてニッケル、硬質な無機材料としてクロムを用いた場合において、ニッケル塩と三価のクロム塩を同時に浴組成として持つめっき浴を使用して電鋳を行うので、六価のクロムを使用せずに済み、環境に対する負荷を低く抑えることができると共に、混合浴による１槽での電鋳を行うので、複数槽を維持管理する必要が無くコストダウンが可能となる。
また、本発明の断熱スタンパは、第１マトリックス層の被成形物と接する面に高い硬度を持たせるため、射出成形時にかかる熱やシェアストレスに対して非常に高い耐久性を持ち、且つ、断熱性を有することから、従来に比べて金型温度を低く設定できるため、成形サイクルのタクトアップが可能となる。

次に、本発明の断熱スタンパの構成とその製作工程、及び該断熱スタンパを用いた成形方法について、光ディスク基板の射出成形を例として、図面を参照しつつ説明する。
＜１＞原盤パターニング：光ディスク用原盤には、スパイラル状又は同心円上に、トラッキング用やデータ記録再生用の微細溝パターンが予め形成されている。このような微細溝パターンは、原盤となるガラス板や金属板、シリコンウエハといった基板を洗浄した後、該基板上に、スピンコート等でフォトレジスト層を形成し、原盤露光装置の対物レンズで形成すべき溝パタンに応じて強度変調されたレーザービームを収束してフォトレジスト層を露光し、その後、現像することによってレジストパターンを形成する（図示せず）。
＜２＞導電皮膜形成：＜１＞の原盤の溝パターン面側に導電皮膜を形成する（図２参照）。この例では、導電皮膜の材質をニッケルとした。導電皮膜形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、無電解めっき法などが採用できる。導電被膜の膜厚は、薄すぎるとピット等の欠陥が発生し易く、また厚すぎると内部応力によるクラックが発生するため、５００〜２０００Å程度の厚さが良い。
＜３＞第１マトリックス層形成：＜２＞の導電皮膜形成後、原盤上に第１マトリックス層を積層する。第１マトリックス層の厚さは、成形時の強度確保及びスタンパの断熱特性を良好に発揮させるという点から、全体で１０〜３０μｍが適切である。
この例では２５μｍとした。

第１マトリックス層の形成方法としては、次の２種類の方式が挙げられる。
〔Ｉ〕母体金属よりも硬質な無機材料層を含む積層構造〔図３（ａ）〜（ｄ）参照〕
〔II〕母体金属層より硬質な、無機成分を含んだ合金層を持つ構造〔図３（ｅ）参照〕
以下、上記２種類の方式について、例を示しつつ説明する。
〔Ｉ〕について
第１マトリックス層を母体金属層と硬質な無機材料を含む層との積層構造にするために、この例では湿式めっきによる方法を用いる。めっき浴は、母体金属の金属塩、及び硬質な無機材料を含む層を形成する硬質金属塩が主成分となっている。母体金属としては、湿式めっきによる高速析出が可能で且つ耐久性を持つニッケル又は銅が適している。硬質な無機材料を含む層を形成する硬質金属としては、単体で析出可能なクロム、コバルト、モリブデンが適している。但し、材料のコスト及び析出容易性などから考えてクロムが特に推奨できる。

この例では、母体金属としてニッケル、硬質金属としてクロムを用いた混合浴による湿式めっき法を採用した。以下に形成方法を説明する。硬質金属としてコバルト又はモリブデンを用いる場合には，それぞれの金属塩（コバルトの場合は塩化コバルトや硫酸コバルト、モリブデンの場合には塩化モリブデン）をクロムの代りに使用すればよい。
使用するめっき浴には、ニッケル塩、三価のクロム塩、クロム塩用の錯化剤、表面張力調整のための界面活性剤、安定剤としてのニッケルの塩化物（塩化ニッケル）、ｐＨ緩衝剤が成分として含まれている。毒性の極めて低い三価のクロム塩を使用するので、洗浄や廃液処理時の環境への負荷を大幅に減らすことが可能となる。
ニッケル塩としては、硫酸ニッケル、スルファミン酸ニッケルが使用できる。三価のクロム塩としては、硫酸クロム、塩化クロム、硝酸クロムが使用できる。クロム塩用の錯化剤としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸といった有機酸が使用できる。界面活性剤としては、ラウリル硫酸ナトリウムが使用できるが、市販のピット防止剤（ミスト防止剤、日鉱メタルプレーティング社製：ＵＰ−Ｓ、ワールドメタル社製：ＮＳ−ＡＰなど）の方が、浴の発泡が少なく、且つ、めっき膜の応力を抑制して反りを小さくできるため使用し易い。ｐＨ緩衝剤としては、硼酸が使用できる。
その他、必要に応じて応力緩和剤（サッカリン、パラトルエンスルフォアミド、１，３，６−ナフタリントリスルフォン酸アミドなど）を適量添加する。

次の表１に、この例で使用した浴組成を示す。

アノードには金属ニッケルの他、ＳＫニッケル、ニッケルＳペレットが使用できる。
上記のニッケル−クロム混合めっき浴の場合、標準電極電位はニッケル：−０．２５Ｖ、クロム：−０．７４Ｖとクロムの方が低く卑であるため、アノード／カソード間の電位差が小さい場合（通電する電流密度が低い場合）、ニッケルがメインで析出し、十分に大きな電位差（十分に高い電流密度）ではその逆になる。その境の電流密度は、４０〜４５Ａ／ｄｍ^２である。この電流密度を下回ると、ニッケルリッチの析出（ニッケル含有比率：９８％以上）となり、４５Ａ／ｄｍ^２を超えると共にクロムの含有率が上昇し始め、７５Ａ／ｄｍ^２を超えると、クロムリッチの析出（クロム含有比率：９８％以上）となる。
図７に電流密度とクロムの含有率の関係を示す。

この例では、第１マトリックス層をニッケル−クロムの積層構造とするため、以下の方法で電鋳を行った。
図８に電鋳時の通電状態を示す。導電皮膜を形成した原盤を入槽してから３〜５分間、０．２Ａ／ｄｍ^２未満の弱電流密度で通電することにより、導電皮膜を電鋳浴に馴染ませて濡れ性を向上させ、ピット発生や電鋳時剥離を防ぐことができる。弱通電終了後に通電電流値を上昇させ、３５Ａ／ｄｍ^２まで電流密度を上昇させる。この電流密度でニッケルリッチ層が形成できる。所定の膜厚を得るまで通電を続ける。
次に、７５Ａ／ｄｍ^２まで電流密度を上昇させて、クロムリッチ層を析出させる。その後、再び電流密度を３５Ａ／ｄｍ^２まで下げて、ニッケルリッチ層を析出させる。最後に電流密度を７５Ａ／ｄｍ^２まで上昇させ、クロムリッチ層を析出させて通電を終了する。上記過程を経ることにより、所定の厚さのニッケル−クロム複合積層構造の第１マトリックス層が得られる。この例では各層の厚さを、ニッケル５μｍ／クロム２μｍ／ニッケル１３μｍ／クロム５μｍ、合計２５μｍとしている。クロム層には特有のマイクロクラックが発生するが、最初の厚さ５μｍ及び次の厚さ１３μｍのニッケル層があるため、スタンパ表面までクラックが伸びず、スタンパ表面の微細溝パターンに影響が及ぶのを防ぐことができる。
この層の硬度は、Ｈｖ６００〜７００程度で、従来の純ニッケルの倍以上であるから、射出成形時のシェアストレスに対して十分な耐久性を持つようになる。

この例では、ニッケル層とクロム層をそれぞれ２層づつとしたが、電流密度を交互に上下させることによって（図９参照）、更に多数層のニッケル−クロム積層構造が得られる（表面技術協会、電鋳・金型表面処理研究会誌、２０００年１２月６日号参照）。
こうして得られた層の硬度はＨｖ１０００近くなるが、第１マトリックス層のスタンパ表面側（被成形物と接する面）にクロム特有のマイクロクラックが発生して、スタンパ表面に形成されたｎｍオーダーの微細溝パターンを破壊してしまう恐れがあるため推奨しない。
また、クロム以外の無機材料成分を用いる場合には，コバルトの場合は塩化コバルトや硫酸コバルト、モリブデンの場合には塩化モリブデン、タングステンの場合にはタングステン酸ナトリウム、リンの場合には次亜りん酸ナトリウム、ボロンの場合はジメチルアミンボランやホウフッ化ナトリウムを使用すれば良い。
電鋳を終了して水洗した後、第１マトリックス層のクロム表面を濡れた状態で大気中に曝さないようにして保管しておく。

〔II〕について
第１マトリックス層を、無機成分を含んだ硬質合金層として形成するために、本発明では湿式めっきによる形成方法を用いる。めっき浴は、母体金属の金属塩、及び無機成分の塩が主成分となっている。
母体金属としては、湿式めっきによる高速析出が可能で且つ耐久性を持つニッケル又は銅が適している。
無機成分の材料としては、金属材料では、硬質合金として析出可能なクロム、コバルト、タングステン、モリブデン、非金属材料では、リン、ボロンが好ましい。但し、材料のコスト、析出容易性、形成合金層の内部応力などを考慮するとクロムが特に推奨できる。
この例では、母体金属としてニッケル、無機成分としてクロムを用いた、混合浴による湿式めっき法を採用した。めっき浴は〔Ｉ〕の場合と同様のニッケル−クロム混合浴を使用した。以下に形成方法を説明する。

この例では、第１マトリックス層をニッケル−クロムの合金構造とするため、以下の方法で電鋳を行った。
電鋳時の通電状態を図１０に示す。導電皮膜を形成した原盤を入槽してから３〜５分間０．２Ａ／ｄｍ^２未満の弱電流密度で通電することにより、導電皮膜を電鋳浴に馴染ませて濡れ性を向上させ、ピット発生や電鋳時剥離を防ぐことができる。弱通電終了後に通電電流値を上昇させ、約６０Ａ／ｄｍ^２（５８〜６２Ａ／ｄｍ^２）まで電流密度を上昇させる。この電流密度でニッケルに対するクロムの含有比率がほぼ５０％（４０〜６０％）の合金状態として析出が可能となる。前記電流密度で所定の膜厚を得るまで通電を続ける。この例では、第１マトリックス層の厚さを２５μｍとした。
ニッケルに対するクロムの含有比率が前記の程度であれば、熱処理などの硬化処理を実施しなくても、電鋳皮膜の硬度は、Ｈｖ５００〜６００程度となり、スタンパとして十分な耐久性が得られる。また電鋳皮膜にクラックが発生することも無い。電流密度が６２Ａ／ｄｍ^２を超えると、クロムの含有比率が急激に上昇し、皮膜の硬度も高くなるが、形成された電鋳皮膜にクラックが発生し易くなり、スタンパ表面に形成されたｎｍオーダーの微細溝パターンを破壊してしまう恐れがあるため推奨しない。また、電流密度が５８Ａ／ｄｍ^２を下回るとニッケルの含有比率が高くなり、電鋳皮膜の硬度が低くなり、通常の純ニッケルスタンパと大差ないものとなり、十分なスタンパ耐久性が得られない。

＜４＞断熱領域層形成：＜３＞で製作した第１マトリックス層（ニッケル層）上に、断熱領域層を形成する（図４参照）。断熱領域層は、基本的には母体金属であるニッケルよりも熱伝導率の低い低熱伝導物質で構成されている。
低熱伝導物質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシといった耐熱性樹脂材料、セラミックス系のジルコニア、金属系のビスマスなどが挙げられる。但し、これらのうち、セラミックス系材料を積層させるには１０００℃以上の焼結温度が必要となり、また、ビスマスは剛性が低くて脆く且つ成膜時の面粗さが粗くなるため、実際の利用は望ましくない。
この例では、スタンパとして必要な耐熱性及び熱収縮率を考慮して、低熱伝導物質として、ポリアミドイミドをＮ−メチルピロリドン等の溶媒に溶解させてワニス状にしたもの（東洋紡社製：バイロマックス）を使用した。
断熱領域層の厚さは、前記耐熱性樹脂材料の場合１５〜１５０μｍ程度が目安である。この例では３５μｍとした。

電鋳を終了して水洗した後、第１マトリックス層のクロム表面を濡れた状態で大気中に曝さないようにしておき、その後、連続作業によって時間を置かずに、スピン乾燥とポリアミドイミドワニス塗布を行なう。スピン乾燥は、１５００ｒ／ｍｉｎ、２０秒間の回転で完全に表面の水分を除去できる。ポリアミドイミドワニスは、材料を滴下した後、スピンコート法で均一膜厚化する。乾燥からポリアミドイミド塗布までの時間は３０秒以内が望ましい。こうすることによって、クロム表面が酸化すること無く、高い活性度を保ったままの状態でポリイミドワニスと接触するため、ポリアミドイミドと強固に密着する。更に、第１マトリックス層の５μｍ厚さクロム層表面にできたマイクロクラックがアンカー効果を高め、より強固な密着力が得られる。
更に、オーブンにより１００〜１４０℃で３０〜６０分間加熱し、溶媒を飛ばし乾燥させて、ポリアミドイミドワニスの断熱領域層を形成する。

＜５＞導電皮膜形成：＜４＞で形成された断熱領域層上に、導電皮膜を形成する（図５参照）。この例では、導電皮膜としてニッケルを使用した。
導電皮膜形成方法としては、アルゴンガス等によるニッケルスパッタリング法やイオンプレーティング法、その他に真空蒸着法、ニッケル無電解めっき法があり、何れも利用できるが、界面剥離の問題を考えた場合、被積層対象物に金属粒子が深く浸透し、皮膜密着性が高いスパッタリング法やイオンプレーティング法が望ましい。なお、スパッタリング法では、広い面積に均一な成膜が可能で、イオンプレーティング法では、飛び出した原子分子状の粒子に電界をかけて加速することによって、より高い密着性を得ることが可能である。
この例では、まずアルゴンガスによる断熱領域層表面の逆スパッタリングによって表面の粗面化、活性化を実施してから、アルゴンガススパッタリングによるニッケルの成膜を行う。逆スパッタリング条件は、アルゴンリーク圧：５００〜７００Ｐａ、ＲＦ出力：８０〜１００Ｗ、ニッケル成膜条件は、アルゴンリーク圧：３００〜７００Ｐａ、ＲＦ出力：７０〜１００Ｗである。
ニッケル膜厚は、２０ｎｍを下回ると膜形成が困難となり、１００ｎｍを超えると内部応力によるクラックが発生するため、２０〜１００ｎｍの範囲内とした。

＜６＞第２マトリックス層形成：＜５＞の導電皮膜上に、ニッケル電鋳によって、第２マトリックス層を積層する（図６参照）。電鋳浴は＜３＞の第１マトリックス層形成工程で使用したものと同じ浴槽を使用する。入槽してから３〜５分間、０．２Ａ／ｄｍ^２未満の弱電流密度で通電することにより、導電皮膜をニッケル電鋳液に馴染ませて濡れ性を向上させ、ピット発生や電鋳時剥離を防ぐことができる。弱通電終了後に通電電流値を上昇させ、最終的に、３５Ａ／ｄｍ^２程度まで電流値を上昇させてから一定に保ち通電を続ける。スタンパ全体の厚さが、所望の厚さプラス、後の裏面研磨工程の削りしろ分となるところまで積層する。

＜７＞スタンパ剥離：ニッケル電鋳の終わった原盤からスタンパを剥離する。この時、スタンパに応力が加わって、スタンパを曲げてしまわないように注意する（図示せず）。
その後、スタンパの転写された溝パターン面側にＵＶ／Ｏ_３と呼ばれる紫外線オゾン処理を行ってから純水による水洗か、Ｏ_２プラズマアッシング処理を施し、フォトレジスト残渣を除去する。

＜８＞裏面研磨、内外形加工：＜８＞のスタンパの溝パターン面側にプラスチックコートで保護膜を付け、裏面研磨を行う。＜７＞のスタンパ剥離行程の前に裏面研磨をしても良い。この場合には保護膜を付ける必要がなくなる。この後、内外径を所望の寸法にプレス加工することにより断熱スタンパが完成する（図示せず）。

上記説明は、溝パターンを形成した光ディスク原盤から断熱スタンパを製作するものであるが、通常の方法で光ディスク原盤から転写して製作したスタンパをマスターとして、このマスタースタンパから複製したマザースタンパを基にして、上記＜３＞以降の方法によって断熱スタンパを製作すれば、マザースタンパから繰返し断熱スタンパを複製できるため、１回ごとに溝パターンを形成した光ディスク原盤を用意する必要が無くなり、大変なコストダウンとなる。
このようにして製作した断熱スタンパを使って、実際に以下の手順によって射出成形を行い、光ディスク基板を得る。

＜９＞成形：射出成形によって光ディスク基板を成形する（図１１参照）。
接離自在に設けられた固定金型と可動金型を有する成形金型を用い、該固定金型と可動金型の接合部に形成されるキャビティ内に、＜８＞までの製造法によって製造された断熱スタンパを固定し、そのキャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、固定金型と可動金型で圧縮する。その後、固定金型と可動金型を分離して、冷却固化後の樹脂を取り出すことにより、光ディスク基板が得られる。
この光ディスク基板に、記録層、誘電体層、反射層、保護層等を成膜することによって光ディスクが得られる。

上記本発明に係る断熱スタンパを用いて上記光ディスク基板の射出成形を行うことにより、従来の全金属スタンパでは５秒以上かかっていたタクトタイムを３秒以下（この例では２．６秒）にまで下げることが可能となった。また、従来の断熱スタンパでは、数千〜数万ショットで第１マトリックス層が変形を起こして成形不能となっていたのに対し、上記本発明に係る断熱スタンパは１０万ショットを超えてもそういった問題は発生せず、抜群の耐久性を示した（表２参照）。
なお、上記従来の全金属スタンパとしては、リコー社製のＣＤ、ＤＶＤ基板射出成形用の単層ニッケルスタンパ（ニッケル電鋳による厚さ約３００μｍの単層金属ニッケル製を用いた。また、従来の断熱スタンパとしては、リコー社製のＣＤ、ＤＶＤ基板射出成形用断熱スタンパを用いた。このスタンパの構造は基本的に図１と同じであり、厚さ２５μｍの第一ニッケル層（第一マトリックス層）、厚さ１６５μｍの第二ニッケル層（第二マトリックス層）で厚さ３５μｍの断熱層をサンドイッチしたものである。

本発明の断熱スタンパによれば、表面に微細凹凸パターンを持つ第１マトリックス層が、断熱領域層を挟んで第２マトリックス層と積層された構造を有し、第１マトリックス層の微細凹凸パターン表面側の硬度が高く、耐久性の高いので、タクトタイムを短縮することができ、数万ショットの使用にも耐えることができる。これにより、効率的に良質のプラスチック形成品を製造することができる。
また、本発明の断熱スタンパの製造方法によれば、該断熱スタンパを低い環境負荷で提供できる。
更に、本発明のプラスチック成形品によれば、例えばプラスチック成形品が光ディスクの基板である場合、良好な溝パターンを有する光ディスクを得ることができる。

本発明の断熱スタンパの構成を示す図。（ａ）スタンパを上面から見た図、（ｂ）スタンパのＡ−Ａ′断面図。 原盤の溝パターン面側にレジストパターンを介して導電皮膜を形成した状態を示す図。 （ａ）〜（ｄ）母体金属よりも硬質な無機材料層を含む積層構造を持つ第１マトリックス層の形成工程を示す図。（ｅ）母体金属層より硬質な、無機成分を含んだ合金層を持つ構造を示す図。 第１マトリックス層上に断熱領域層が形成された状態を示す図。 断熱領域層上に導電皮膜が形成された状態を示す図。 導電皮膜上に第２マトリックス層を積層した状態を示す図。 電流密度とクロムの含有比率の関係を示す図。 積層構造の場合の、電鋳時の通電状態を示す図。 多数層の積層構造の場合の、電鋳時の通電状態を示す図。 合金構造の場合の、電鋳時の通電状態を示す図。 光ディスク基板の射出成形の概略図。

Claims (7)

1. 表面に微細凹凸パターンを有するプラスチック成形品の射出成形用の断熱スタンパであって、表面に微細凹凸パターンを持つ第１マトリックス層、断熱領域層及び第２マトリックス層が積層された構造を有し、該断熱領域層が、スタンパを構成する母体金属よりも低熱伝導率の耐熱樹脂ワニスを含んで形成されており、該第１マトリックス層が、母体金属層と、母体金属よりも硬質な無機材料を含む層とを備えた積層構造を持つことを特徴とする断熱スタンパ。
2. 前記無機材料が、クロム、コバルト、モリブデンの何れかであることを特徴とする請求項１記載の断熱スタンパ。
3. 表面に微細凹凸パターンを有するプラスチック成形品の射出成形用の断熱スタンパであって、表面に微細凹凸パターンを持つ第１マトリックス層、断熱領域層及び第２マトリックス層が積層された構造を有し、該断熱領域層が、スタンパを構成する母体金属よりも低熱伝導率の耐熱樹脂ワニスを含んで形成されており、該第１マトリックス層が、母体金属よりも硬質な、無機成分を含んだ合金層を有することを特徴とする断熱スタンパ。
4. 前記無機成分が、クロム、タングステン、コバルト、モリブデン、リン、ボロンの何れかであることを特徴とする請求項３記載の断熱スタンパ。
5. 硬質な無機材料又は無機成分としてクロムを使用し、ニッケル塩及び三価のクロム塩を同時に浴組成として持つニッケル−クロム混合めっき浴を用いた単槽による電鋳法によって第１マトリックス層を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の断熱スタンパの製造方法。
6. 第１マトリックス層形成のための電鋳を終了して水洗した後、濡れた状態の第１マトリックス層の電鋳皮膜形成面を大気中に曝さないようにしておき、その後、連続作業によって時間を置かずに、スピン乾燥と樹脂ワニス塗布を実施することを特徴とする請求項５記載の断熱スタンパの製造方法。
7. 請求項１〜４の何れかに記載の断熱スタンパを用いて射出成形された、表面に微細凹凸パターンを有することを特徴とするプラスチック成形品。