JP2009167497A - Electroformed product and electroforming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電鋳金型、電鋳加工部品等の電鋳品及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electroformed product such as an electroforming mold and an electroformed part, and a method for manufacturing the electroformed product.
近年開発されている電鋳品として代表的なものに、例えば電鋳金型がある。電鋳金型は、金属めっき（例えば、ニッケルめっきなど）で形成された金型であり、例えば、導電性薄膜付きのマスター金型（石英等の無機材料にチタンなどの導電性薄膜を形成したもの）に電気めっきを施し、この電気めっき品（電鋳）をマスター金型から離型することにより得られる。その電鋳金型は、光学部品（例えば、光拡散板、導光板、光学レンズ）やマイクロ化学チップ（微小領域化学反応、合成、解析、分析、電気泳動分離解析など用のチップ）、バイオチップ（ＤＮＡ解析用チップ、たんぱく質分離解析用チップ）などを製造するためのインプリント金型（スタンパ）に用いられる。 As a typical electroformed product developed in recent years, for example, there is an electroformed mold. An electroforming mold is a mold formed by metal plating (for example, nickel plating), for example, a master mold with a conductive thin film (a conductive thin film such as titanium formed on an inorganic material such as quartz) ) Is electroplated, and the electroplated product (electroformed) is released from the master mold. The electroforming mold includes optical parts (for example, light diffusion plate, light guide plate, optical lens), microchemical chip (chip for micro-region chemical reaction, synthesis, analysis, analysis, electrophoresis separation analysis, etc.), biochip ( It is used in an imprint mold (stamper) for producing a DNA analysis chip, a protein separation analysis chip) and the like.
マスター金型は、例えば、人工石英やサファイア、無アルカリガラスなどの無機材料で構成され、電子ビーム描画の後のドライケミカルエッチングなどにより微細なパターン（例えば溝や突起形状）が形成されている。このようにして作製されるマスター金型は、製造プロセスが複雑であることと、製作に時間がかかるために高価であり、万一破損した場合、損失額が非常に大きくなる。このため、逆パターンを有するマスター金型を用いて電鋳によりパターンを反転した金型を製造し、その電鋳金型によりワーク（最終製品となる基板、や部材）に対してインプリントを行うのが一般的である。 The master mold is made of, for example, an inorganic material such as artificial quartz, sapphire, or alkali-free glass, and a fine pattern (for example, groove or protrusion shape) is formed by dry chemical etching after electron beam drawing. The master mold manufactured in this way is expensive because the manufacturing process is complicated and it takes time to manufacture, and if it is damaged, the amount of loss becomes very large. Therefore, a master mold having a reverse pattern is used to manufacture a mold having a reversed pattern by electroforming, and the electroforming mold is used to imprint a workpiece (substrate or member that is the final product). Is common.
マスター金型は非導電性の材料で構成されるので、マスター金型に電気めっきを施すためには、電気めっきを行う側の表面全面に、例えばチタン薄膜等の導電性薄膜が、例えば約０．０１〜０．１μｍの厚さに形成される。 Since the master mold is made of a non-conductive material, in order to perform electroplating on the master mold, a conductive thin film such as a titanium thin film is formed on the entire surface on the electroplating side, for example, about 0. .01-0.1 μm thick.
図９に従来提案されているニッケル電鋳金型の製造方法を示す。 FIG. 9 shows a conventionally proposed method for producing a nickel electroforming mold.
図９（ａ）に示すように、マスター金型８１を電鋳装置９０に配置する。電鋳装置９０は、電気めっき液９１が充填されためっき槽９２内に、直流電源９３に接続された２つの電極（陽極端子９４、陰極端子９５）が配置されたものである。陽極端子９４には、陽極板としてニッケル電極板９４ａが接続され、陰極端子９５には、陰極板となるべきマスター金型８１が接続されている。陽極端子９４−陰極端子９５間に直流電圧を印加すると、マスター金型８１のパターンが形成された面にニッケルめっき層（電鋳層）が形成される。
As shown in FIG. 9A, the
ニッケルめっきは、例えば厚さ０．１〜１ｍｍ程度の金属膜であり、それ自体は薄いので強度がなく、電鋳金型としての耐久性が低い。このために、ニッケルめっき層の電鋳金型としての耐久性を確保するためには、バックアップ部材（補強材）が必要とされている。 Nickel plating is, for example, a metal film having a thickness of about 0.1 to 1 mm, and since it is thin, it has no strength and has low durability as an electroforming mold. For this reason, in order to ensure the durability of the nickel plating layer as an electroforming mold, a backup member (reinforcing material) is required.
この補強材の取り付け方法としては、例えば、図９（ｂ）に示すように、ニッケルめっき層８２が形成されたマスター金型８１を補強材埋込用容器８３に挿入し、その容器８３内（金型面上）に例えば液状の未硬化エポキシ樹脂などを流し込んで充填し、その後で未硬化エポキシ樹脂を硬化させて樹脂補強材８４を形成する手法である。
As a method for attaching the reinforcing material, for example, as shown in FIG. 9B, a master die 81 having a
図９（ｃ）に示すように、樹脂補強材８４が形成されたニッケルめっき層８２およびマスター金型８１を容器８３から取り出し、樹脂補強材８４とマスター金型８１を分離させる。このとき、ニッケルめっき層８２は、マスター金型８１との密着性が低い場合は、マスター金型８１から容易に剥離する。また、ニッケルめっき層８２と樹脂補強材８４とは非常に密着性が高いので、樹脂補強材８４とニッケルめっき層８２は密着した形で補強材埋込用容器８３から取り出すことができる。このようにして、パターン８２ａが形成されたニッケルめっき層８２と樹脂補強材８４とが一体化した電鋳金型８０が得られる。
As shown in FIG. 9C, the
図９（ｄ）は、得られた電鋳金型の断面図（図面上側）と平面図（図面下側）である。この電鋳金型８０は、樹脂等の被転写材に常温または加熱条件下で押圧し、電鋳金型の凹凸のパターンを転写して転写パターンを形成する、いわゆるインプリント金型（スタンパ）として使用されている。
FIG. 9D is a sectional view (upper side of the drawing) and a plan view (lower side of the drawing) of the obtained electroforming mold. This
具体的には、図１０（ａ）に示すように、被転写材８５を加熱ステージ８６上に載置し、その被転写材８５を加熱しながら、スタンパ８０を被転写材８５に押し付ける（加圧する）。これにより、図１０（ｂ）に示すように、被転写材８５には凹凸パターン８６ａが形成され、インプリント完成品８６が得られる。
Specifically, as shown in FIG. 10A, the
このような電気めっき法を用いた電鋳金型の製造方法においては、マスター金型を超音波振動させながら電気めっき法を行うことで、均質で緻密な導電性薄膜を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。 In an electroforming mold manufacturing method using such an electroplating method, there is a method of forming a homogeneous and dense conductive thin film by performing electroplating while ultrasonically vibrating a master mold (for example, , See Patent Document 1).
従来の電鋳金型の製造方法では、マスター金型に電気めっき（電鋳層）を施した後にこのめっき層付きのマスター金型を補強材埋込用容器８３にセットする工程と、補強材埋込用容器８３に補強材を充填して樹脂補強部をめっき層上に形成する工程と、補強材とマスター金型とを容器から取り出す工程と、めっき層を樹脂補強部と共にマスター金型から離す工程等の多数の工程を要する。したがって、製造上の手間とコストも掛かってしまう。
In the conventional method for producing an electroforming mold, a process of setting a master mold with a plating layer in a reinforcing
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、上記の作業工程を不要とし、製造工程の短縮化、低コスト化を図ることができ、また耐久性が高く、平坦性の高い電鋳品及びその製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned work process in order to solve the above-mentioned problems, to shorten the manufacturing process and to reduce the cost, and to provide an electroformed product having high durability and high flatness. It is in providing the manufacturing method.
上記目的を達成するために、本発明は次のような製造方法を提案する。すなわち、マスター金型の表面に、電気めっきを施してマスター金型と逆パターン形状の電鋳層を形成し、その電鋳層をマスター金型から離型して電鋳品を得る電鋳品の製造方法において、
前記マスター金型に少なくとも表面が導電性を有する補強枠を接触させて、その状態で前記マスター金型と補強枠とに電気めっきを施して前記補強枠と一体化された電鋳層を形成し、一体化された前記電鋳層と補強枠とを前記マスター金型から離型して電鋳品を得ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention proposes the following manufacturing method. That is, an electroformed product is obtained by electroplating the surface of the master mold to form an electroformed layer having a pattern opposite to that of the master mold and releasing the electroformed layer from the master mold. In the manufacturing method of
A reinforcing frame having at least a surface conductivity is brought into contact with the master mold, and in this state, the master mold and the reinforcing frame are electroplated to form an electroformed layer integrated with the reinforcing frame. The integrated electroformed layer and reinforcing frame are released from the master mold to obtain an electroformed product.
また、次のような電鋳品を提案する。すなわち、マスター金型を用いて電気めっきによりマスター金型と逆パターン形状に形成される電鋳層により構成される電鋳品において、
その電鋳層を補強するための補強枠を有し、この補強枠は、少なくとも表面が導電性を有し前記電気めっきが施されており、前記電鋳層と前記補強枠とが前記電気めっきにより一体化された構造を有している。
The following electroformed products are proposed. That is, in an electroformed product constituted by an electroformed layer formed in a reverse pattern shape with a master mold by electroplating using a master mold,
A reinforcing frame for reinforcing the electroformed layer; at least the surface of the reinforcing frame is electrically conductive and the electroplating is applied; and the electroformed layer and the reinforcing frame are electroplated. Has an integrated structure.
本発明によれば、電鋳品の製造工程の短縮と低コスト化、および耐久性と平坦性に優れ電鋳品を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an electroformed product that is excellent in shortening and cost reduction of the manufacturing process of the electroformed product, and in durability and flatness.
本発明は、電気めっき法を用いて製造される電鋳品及びその製造方法に係るものであるが、以下、本発明の好適な第１の実施形態として、電鋳金型及びその製造方法について添付図面に基づいて説明する。 The present invention relates to an electroformed product manufactured using an electroplating method and a method for manufacturing the same. Hereinafter, as a preferred first embodiment of the present invention, an electroformed mold and a method for manufacturing the same are attached. This will be described with reference to the drawings.
図１（ａ）〜図１（ｆ）は、本実施形態の電鋳金型を製造する方法の各工程を示す断面図である。 Fig.1 (a)-FIG.1 (f) are sectional drawings which show each process of the method of manufacturing the electroforming metal mold | die of this embodiment.
まず、製造方法に先立って、本実施形態の電鋳金型について説明する。 First, prior to the manufacturing method, the electroforming mold of this embodiment will be described.
図１（ｄ）に示すように、電鋳金型１は、電気めっき法で形成された金属膜（電鋳層２）で構成される金型であって、その一方の面に微細な凹凸を有するパターン２ａが形成され、他方の面の縁に電気めっきされた補強枠３（以下、「めっき補強枠１３」と称する）が設けられている。めっき補強枠１３は、電鋳層２の周縁に沿って配置され、元々の補強枠３（図１（ａ）参照）の表面に前記電鋳層２と一体の電気めっき層を施して構成する。
As shown in FIG. 1 (d), the electroformed mold 1 is a mold composed of a metal film (electroformed layer 2) formed by electroplating, and has fine irregularities on one surface thereof. The reinforcing frame 3 (hereinafter, referred to as “plating reinforcing
また、図１（ｅ）に示すように、めっき補強枠１３の内側（めっき補強枠１３で囲まれた領域）には、さらに金属製の補強材（以下、「補強充填材」と称する）４が充填されている。補強充填材４は、バルク金属であり、例えば銀ろう材５などを用いて電鋳層２とめっき補強枠１３とに接合（ろう付け）されている。また、電鋳層２のパターン２ａの耐久性を向上させるために、パターン２ａの表面は、ＴｉＮ（チタンナイトライド）薄膜或いはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）薄膜などの耐久性薄膜でコーティングされている。
Further, as shown in FIG. 1E, a metal reinforcing material (hereinafter referred to as “reinforcing filler”) 4 is further provided inside the plating reinforcing frame 13 (region surrounded by the plating reinforcing frame 13). Is filled. The reinforcing
電鋳金型１の製造方法を図１（ａ）〜図１（ｅ）及び図２に基づき説明する。 A method for manufacturing the electroforming mold 1 will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (e) and FIG. 2.
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、マスター金型１１は、例えば人工石英板（金型基板）１１ａで構成され、その基板表面の一面に微細なパターン１１ｂを形成して予め用意されている。パターン１１ｂは、例えばＥＢ描画（電子ビーム描画）後のドライエッチング法、フォトリソグラフィ法等の通常の微細パターン形成技術により作製される。マスター金型１１のパターン１１ｂが形成された面には、導電性薄膜１２として例えばＴｉ（チタン）薄膜を、蒸着法やスパッタリングなどの気相成膜法で形成する。Ｔｉ薄膜を形成した後、マスター金型１１のパターン形成面の導電性薄膜１２上に、補強枠３を配置する。補強枠３は、金属製のもの、或いは表面に導電性を有する薄膜が形成された樹脂製またはセラミック製のものでも構わない。補強枠３に用いる金属としては、銅、銅合金、銅より耐食性の高い鉄系材料である各種不錆鋼（ニッケルめっきと密着性に優れたステンレス系材料）などが挙げられる（またはニッケル等が挙げられる）。補強枠３とマスター金型１１とは、例えば後述の取り付け治具を用いて、マスター金型１１の導電性薄膜１２上に固定する。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
次に図１（ｃ）に示すように、マスター金型１１の片側の面の導電性薄膜１２上と補強枠３の表面とに、電気めっき法を用いてニッケルめっき層（電鋳層２）を形成する。ニッケルめっき層２は補強枠３の内側（側面）にも形成されるので、補強枠３は、ニッケルめっきが施された分さらに厚くなり、めっき補強枠１３となる。
Next, as shown in FIG. 1 (c), a nickel plating layer (electroforming layer 2) is formed on the conductive
図２は、電気めっき法を行うための装置を示す概略図である。 FIG. 2 is a schematic view showing an apparatus for performing electroplating.
図２に示すように、装置２０は、直流電源２１に接続された陽極端子２２と陰極端子２３とがめっき槽２４内に配置されている。マスター金型１１は陰極端子２３に接続されている。また、陽極端子２２には陽極板２２ａ（例えば、ニッケル極板）が接続されている。めっき槽２４内には、電気めっき液２５として電気ニッケルめっき液が満たされている。ニッケルめっき液はワット浴でもスルファミン酸ニッケルめっき浴でも構わない。陰極端子２３の先端には、取り付け治具２６に固定されたマスター金型１１が導通接続される。取り付け治具２６は、マスター金型１１を載置するバックプレート２６ａと、マスター金型１１をバックプレート２６ａ上に固定する保持部２６ｂと、保持部２６ｂをバックプレート２６ａに締結固定するネジ２６ｃとを備える。取り付け治具の部品はいずれも電気絶縁材料で構成されている。装置２０には、電気めっき液２５を還流させるための還流手段２７が設けられる。還流手段２７は、めっき槽２４内の電気めっき液２５を還流させるポンプ２７ａと管２７ｂと、その管２７ｂの先端に接続され電気めっき液２５を噴射する噴射ノズル２７ｃとを備える。噴射ノズル２７ｃは、陽極板２２ａと取り付け治具２６との間に、かつ、マスター金型１１側に向かって電気めっき液２５を噴射するよう配置されている。
As shown in FIG. 2, in the
直流電源２１により陽極端子２２−陰極端子２３間に直流電圧が印加されると、陰極端子２３の先端に接続されたマスター金型１１のパターン１１ｂ側表面（導電性薄膜１２上及び補強枠３の表面）にニッケルめっきが施されて電鋳層２が形成される。
When a DC voltage is applied between the
図１（ｃ）に戻り、電気めっき法により電鋳層２を形成した後、電鋳層２及び補強枠３が一体形成されたマスター金型１１をチタンの選択溶解液に浸漬（図示省略）し、導電性薄膜１２（チタン薄膜）を溶解する。導電性薄膜１２を溶解することにより、一体化された電鋳層２と補強枠３がマスター金型１１から剥離され、図１（ｄ）に示すような電鋳金型１が得られる。チタン薄膜は、人工石英からなるマスター金型とは密着性を有するために、引き剥がし法ではニッケルめっき層とマスター金型を分離できないので、溶解法を用いる。チタン薄膜は非常に薄いので、ニッケルめっき層とマスター金型の間にチタンの選択溶解液が浸透し、短時間でマスター金型とニッケルめっき層は分離する。
Returning to FIG. 1C, after the
このようにして電鋳金型は補強枠に補強されて使用可能となるが、本実施形態では、更に、図１（ｅ）に示すように、電鋳金型成形後にめっき補強枠１３の内側（補強枠で囲まれた領域）に、金属からなる補強充填材４を充填して更なる補強を行う。補強充填材４は例えば銅合金などのバルク金属であり、銀ろう材などを用いてめっき補強枠１３の内側と電鋳層２とにバルク金属を接合する。補強充填材４をめっき補強枠１３の内側に充填する工程は、一体化された電鋳層２とめっき補強枠１３とをマスター金型１１から剥離する工程の前に行っても、その後に行ってもよいが、マスター金型１１は前述のように非常に高価なので、補強充填材の取り付けは、マスター金型１１を剥がした後で行うのが良い。
In this way, the electroformed mold is reinforced by the reinforcing frame and can be used. However, in the present embodiment, as shown in FIG. A region surrounded by a frame) is filled with a reinforcing
本実施形態では、補強充填材４として金属製のものを用いたが、図１（ｆ）に示すように、補強充填材４ｂとして、金属の代わりに樹脂を充填してもよい。補強充填材４ｂを構成する樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂などの液状の未硬化樹脂（主剤と硬化剤からなる）を用いる。この液状の未硬化樹脂をめっき補強枠１３の内側に充填し、その後で樹脂を自然硬化させる。
In the present embodiment, the reinforcing
本実施形態の電鋳金型１は、例えば、インプリント（マイクロインプリント、ナノインプリント）用のスタンパに用いられる。次に電鋳金型１を用いたインプリントについて説明する。 The electroforming mold 1 of the present embodiment is used, for example, as a stamper for imprint (microimprint, nanoimprint). Next, imprinting using the electroforming mold 1 will be described.
図３（ａ）に示すように、スタンパ（電鋳金型１）のめっき補強枠１３が形成された側をヒータ３２に密着させて、スタンパをヒータ３２に固定する。ヒータ３２によりスタンパを加熱しながら、インプリント対象とする樹脂材（被転写部材３３）に押付ける。
As shown in FIG. 3A, the side of the stamper (electroformed mold 1) on which the
図３（ｂ）に示すように、加熱されたスタンパに押付けられた被転写部材３３には、スタンパのパターン２ａと逆の（反転した）凹凸パターン３３ａがインプリントされる。
As shown in FIG. 3B, the transferred
また、図４に示すように、大面積の樹脂材からなる被転写部材３３ｂにインプリントを行う場合には、一箇所インプリント（加熱押圧）した後に、スタンパをヒータ３２と共に移動させ、再びインプリントする方法（ステップアンドリピート法）を用いることができる。
Further, as shown in FIG. 4, when imprinting is performed on the transferred
本実施形態の電鋳金型の製造方法によれば、マスター金型１１に電気めっきを施す（電鋳層２を形成する）前に、マスター金型１１に補強枠３を配置する工程を行うだけで補強部材を有する電鋳金型１を製造することができ、製造工程の短縮化を図ることができる。すなわち、本実施形態の製造方法は、従来の製造方法のように、マスター金型に電鋳層を形成した後に電鋳層付きのマスター金型を補強充填材埋込用容器にセットする工程と、補強材とマスター金型とを容器から取り出す工程と、めっき層を樹脂補強部と共にマスター金型から離す工程等の多数の工程を省略することができる。
According to the method for producing an electroformed mold of the present embodiment, only the step of placing the reinforcing
本製造方法は、製造工程を短縮化すると共に、従来の電鋳金型の製造方法で用いられていた補強充填材埋込用容器を必要としないのが大きな特徴である。従来の電鋳金型製造方法では、前述のように（図９（ｂ）〜図９（ｄ）参照）、マスター金型８１は非常に高価であるが、補強充填材埋込用容器８３に電鋳層８２が形成されたマスター金型８１をセットし、補強充填材埋込用容器８３から、補強充填材８４を埋め込んだ電鋳層付きマスター金型を取り出す必要がある。このとき、マスター金型８１を破損してしまう場合が多く、マスター金型８１の補強充填材埋込用容器８３へのセットと取り出しには細心の注意が必要である。通常、補強充填材埋込用容器８３には、軽量の安価なプラスチック容器などを用い、電鋳層８２が形成されたマスター金型８１と補強充填材８４とを補強充填材埋込用容器８３から取り出す際、補強充填材埋込用容器８３を破壊して取り出すことが多い。これは、補強充填材８４と補強充填材埋込用容器８３とが接着してしまうために、簡単には取り出すことができないためである。このときマスター金型８１に応力が加わって、マスター金型８１破損してしまう場合が多くある。
This manufacturing method is characterized by shortening the manufacturing process and not requiring the reinforcing filler embedding container used in the conventional method for manufacturing an electroforming mold. In the conventional electroforming mold manufacturing method, as described above (see FIGS. 9B to 9D), the
本製造方法では、電鋳層形成後にすでに補強枠３が電鋳層２と一体化しているので、マスター金型１１から電鋳層２を剥離しても電鋳層２が反ったり変形したり、場合によっては破損してしまうおそれがない。また、本製造方法では、電気めっきを行う前に補強枠３を取り付け、電気めっきにより電鋳層２を形成するだけで補強部材（めっき補強枠１３）を形成することができる。また、電鋳層形成後、更なる補強を行うべく補強充填材４を充填するに際し、一体化した補強枠３と電鋳層２をマスター金型１１から剥離させているので、マスター金型１１を破損させることなく、金属の補強充填材４を電鋳層２に溶接（ろう付け）で取り付けることができる。
In this manufacturing method, since the reinforcing
従来の製造方法では、補強部材（補強充填材）の取り付け前にマスター金型８１から電鋳層８２を剥離すると、電鋳層８２の変形、反り、または破損が起こる。このために、電鋳層８２をマスター金型８１から剥離する前に、マスター金型８１を補強充填材埋込用容器８３にセットし、電鋳層８２に補強充填材８４を設ける工程を行わなければならない。また、従来の製造方法では、電鋳層８２に金属の補強部材を取り付ける場合、マスター金型８１の破損の問題から、溶接方式などを用いることができない欠点がある。例えば、銀ろうなどを用いて金属の補強部材を取り付ける（ろう付けする）場合は、高価な石英製のマスター金型８１に熱が伝わって、熱応力による破壊が起こる。従って、従来の製造方法では、補強部材の取り付けには樹脂製の接着材しか用いることができず、接着界面の耐熱性の高い金属補強部材を取り付けることができないなどの制約を受ける。
In the conventional manufacturing method, when the
このように、本実施形態の電鋳金型の製造方法によれば、マスター金型１１の破損のおそれがなく、補強充填材埋込用容器が不要である。また、容器からの取り出しの作業も省略できる、耐熱性の高い補強部材（補強枠３，補強充填材４）を取り付けることができるなど多くの効果を有する。
Thus, according to the manufacturing method of the electroformed mold of this embodiment, there is no fear of the
また、本実施形態の電鋳金型１は、補強枠３を金属或いは強度の高い樹脂やセラミックで形成しているので、金型の外周が非常に堅牢で、壊れにくく耐久性が高い。
Further, in the electroformed mold 1 of the present embodiment, since the reinforcing
さらに、電鋳金型の耐久性が必要な場合、電鋳金型１のパターン形成面には、気相成膜法により耐磨耗性や耐熱性の高いＴｉＮ（チタンナイトライド）薄膜または、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）薄膜などの耐久性薄膜をコーティングすることができる。 Furthermore, when durability of the electroforming mold is required, the pattern forming surface of the electroforming mold 1 is a TiN (titanium nitride) thin film or DLC (highly wear-resistant and heat-resistant by vapor phase film forming method. A durable thin film such as a diamond-like carbon) thin film can be coated.
従来の製造方法では、気相成膜処理は補強充填材８４の取り付け後となるが、補強充填材８４の耐熱性が低いので気相成膜処理を行うことが難しい。通常、気相成膜処理は２００℃以上で行われるので、有機樹脂材料からなる補強充填材８４は、気相成膜処理中に熱分解し変質するおそれがある。
In the conventional manufacturing method, the vapor deposition process is performed after the reinforcing
これに対して本製造方法では、補強充填材８４を取り付ける前に気相成膜処理を行うことができる。すなわち、補強充填材を取り付けることなく、電気めっき接合により一体化されためっき補強枠１３と電鋳層２をマスター金型１１から剥離することが可能であり、その状態で気相成膜することができる。電鋳金型１は、めっき補強枠１３、電鋳層２ともに金属で構成されているので耐熱性が高く、気相成膜条件で変形したり変質したりすることがない。したがって、本製造方法では、気相成膜の応用によって、電鋳層２に形成されたパターン２ａの耐久性、すなわち耐熱性や耐摩耗性を著しく向上させることができる。
On the other hand, in this manufacturing method, the vapor phase film forming process can be performed before the reinforcing
本実施形態では、マスター金型１１を非導電性材料である石英を用いて構成したが、マスター金型１１は、導電性材料で形成されたものでもよい。マスター金型１１を導電性材料で構成する場合、上述の導電性薄膜１２を形成する工程は不要である。ただし、本製造方法は電鋳層２をマスター金型１１から離型する工程を有するので、マスター金型１１は、電鋳層２との密着性が低い導電性材料で構成されるのがよい。密着性の低い導電性材料としては、例えば、高クロム含有ステンレス系材料が好ましく、他にチタン、チタン合金、クロム、タングステン、アルミニウム等の表面に不働態化膜を形成しやすい材料が挙げられる。
In the present embodiment, the
電鋳金型１を構成する電鋳層２は、めっき補強枠１３と一体に形成されているので、平坦性が高い。このために電鋳層２の平坦性が高い電鋳金型１を用いたスタンパは、高精度なインプリントを行うことができる。
Since the
本実施形態のスタンパは、樹脂を用いずに構成されているので、めっき補強枠１３及び金属からなる補強充填材４を介してヒータ３２で直接加熱することができる。またスタンパを用いたインプリントでは、従来のようにワーク（被転写部材３３）の支持台側にヒータを設ける必要性がなく、スタンパを直接加熱することができるのでヒータ３２の熱容量を小さくすることができる。
Since the stamper of this embodiment is configured without using resin, it can be directly heated by the
スタンパは、ヒータ３２で直接加熱することができるので、大面積の樹脂材料（ワーク、被転写部材３３ｂ）にステップアンドリピートでインプリントすることができる。また、スタンパは、金属製の補強充填材４を有するので、インプリントの位置精度を高くすることができる。
Since the stamper can be directly heated by the
次に第２の実施形態について図５に基づき説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
図５（ｄ）に示すように、本実施形態の電鋳金型５１の基本的な構成部分は、上述した図１の電鋳金型１とほぼ同様である。ただし、前実施形態では、補強枠３を電鋳層２の周縁のみに形成しているのに対し、本実施形態では、補強枠５３は、上記周縁に形成される補強枠５３ａと、その補強枠５３ａの内側に間隔を置いて配置される補強板５３ｂとで構成される。
As shown in FIG. 5D, the basic components of the
本実施形態の電鋳金型の製造方法を説明する。 A method for manufacturing the electroformed mold according to this embodiment will be described.
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、マスター金型１１のパターン１１ｂが形成された側の表面に導電性薄膜１２を形成した後、マスター金型１１の周縁上と、その縁に囲まれた領域内とに補強枠５３を形成する。
As shown in FIGS. 5A and 5B, after forming the conductive
内側の補強板５３ｂの下部（導電性薄膜１２との接着箇所近傍）５３ｃは、幅がテーパー状に狭く形成されている。補強板５３ｂの下部５３ｃをテーパー状に狭く形成することで、パターン１１ｂの、補強板５３ｂに近接した箇所にも十分にめっきを施すことができ、ムラのない電鋳層２を形成することができる。
A lower portion (near the adhesion portion with the conductive thin film 12) 53c of the inner reinforcing
図５（ｃ）に示すように、電気めっきにより、マスター金型１１の補強枠５３が形成された側の面にニッケルめっき層（電鋳層５２）を形成する。ここで、補強枠５３ａは、めっき後はめっき補強枠１５３ａと称され、補強板５３ｂは、めっき後はめっき補強板１５３ｂと称される。めっき補強枠１５３ａとめっき補強板１５３ｂとを総称したものをめっき補強枠１５３と称する。
As shown in FIG. 5C, a nickel plating layer (electroformed layer 52) is formed on the surface of the
その後、導電性薄膜１２を溶解し、電鋳層５２とめっき補強枠１５３（１５３ａ，１５３ｂ）とをマスター金型１１から剥離し、図５（ｄ）に示す電鋳金型５１が得られる。本電鋳金型５１の製造方法においては、補強充填材がなくても平坦性が高い特徴があるが、さらに平坦性を上げるために、前実施形態のように、めっき補強枠１５３で囲まれた領域に補強充填材を充填してもよい。
Then, the electroconductive
本実施形態の電鋳金型５１は、周縁のめっき補強枠１５３ａに加え、その内側にめっき補強板１５３ｂが配置されているので、補強充填材４を用いることなく、電鋳層５２の耐久性を向上させることができる。本実施形態では、補強板５３ｂを多く設けることで、補強充填材４を充填する工程を省略することができ、前実施形態の製造方法より短時間で電鋳金型を製造することができる。
In the
本実施形態では、補強板５３ｂは、図５（ｂ）に示すように、間隔を置いて並べて配置したが、補強板５３ｂの配置はこれに限定されず、例えば、格子状や網目状に配置してもよい。
In this embodiment, the reinforcing
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
図６の（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の製造工程を示す平面図、図６の（ｅ）〜（ｈ）は、同図（ａ）〜（ｄ）に対応する縦断面図である。 6A to 6D are plan views showing the manufacturing process of this embodiment, and FIGS. 6E to 6H are longitudinal sectional views corresponding to FIGS. 6A to 6D. It is.
図６（ａ）及び図６（ｅ）に示すように、マスター金型１１は、例えば厚さ１．０ｍｍ、２０ｍｍ角の正方形の石英製のものを用いる。マスター金型１１に、ＥＢ（電子ビーム描画）法により、例えば幅０．５〜５．０μｍ、深さ０．５〜５．０μｍ、長さ１５ｍｍの範囲の溝パターン１１ｂを多数形成する。なお、図６（ｅ）の断面図では溝パターンは、そのサイズが小さいので省略している。
As shown in FIGS. 6A and 6E, the
図６（ｂ）の平面図及び図６（ｆ）の断面図に示すように、マスター金型１１の表面全面に導電性薄膜としてＴｉ薄膜を約０．１μｍの厚さに形成する。図では導電性薄膜は省略している。次にＴｉ薄膜形成後、マスター金型１１の縁にＳＵＳ３０４系ステンレスからなる補強枠３を形成する。
As shown in the plan view of FIG. 6B and the cross-sectional view of FIG. 6F, a Ti thin film having a thickness of about 0.1 μm is formed on the entire surface of the
図６（ｃ）及び図６（ｇ）に示すように、スルファミン酸ニッケルめっき液を用いて電気ニッケルめっきを行い、ニッケル製の電鋳層２を形成する。電気めっき条件は例えば、電流密度は３０Ａ／ｄｍ２、浴温は６０℃とし、電気ニッケルめっき層（電鋳層２）は、０．２〜１ｍｍの厚さに形成する。
As shown in FIG. 6C and FIG. 6G, electronickel plating is performed using a nickel sulfamate plating solution to form a
図６（ｄ）及び図６（ｈ）に示すように、電鋳層２が形成されたマスター金型１１をＴｉ選択溶解液に１時間浸漬してＴｉ薄膜を溶解し、めっき補強枠１３と電鋳層２をマスター金型１１から剥離し、本実施例の電鋳金型６１を得る。
As shown in FIGS. 6D and 6H, the
図７（ａ）及び図７（ｅ）に示すように、実施例２では、マスター金型を符号１１ｃで示す。本実施例のマスター金型１１ｃは、例えば厚さ１ｍｍ、２０ｍｍ角の正方形であり、ニッケルめっきとは密着性の悪いステンレス系材料（例えばＳＵＳ３１６）で形成されたものを用いる。このマスター金型１１ｃには、ケミカルエッチング法により、例えば幅５〜１０μｍ、深さ１〜５μｍ、長さ１５ｍｍの溝パターン１１ｂが多数形成されている。そしてパターン１１ｂが形成されたマスター金型１１ｃ上にニッケル製の補強枠３を形成する。
As shown in FIGS. 7A and 7E, in Example 2, the master mold is denoted by
図７（ｃ）及び図７（ｇ）に示すように、スルファミン酸ニッケルめっき液を用いて電気ニッケルを行い、ニッケル製の電鋳層２を形成する。電気めっき条件は、電流密度は例えば３０Ａ／ｄｍ２、浴温は６０℃とする。電気ニッケルめっき層（電鋳層２）は、０．２〜１ｍｍの厚さに形成する。
As shown in FIG. 7C and FIG. 7G, electronickel is performed using a nickel sulfamate plating solution to form an
電鋳層２が形成されたマスター金型１１ｃに熱歪を与えて、めっき補強枠１３と電鋳層２をマスター金型から剥離し、本実施例の電鋳金型を得る。本実施例では、実施例１で述べたＴｉ選択溶解液によるＴｉ薄膜の剥離処理が省略される。
Thermal distortion is applied to the
マスター金型１１ｃと電鋳層２に熱を付与させることにより、マスター金型１１ｃの構成材料であるステンレスと、電鋳層２の構成材料であるニッケルとの線膨張係数の違いにより、両者間に歪（熱歪）が生じる。マスター金型１１ｃはニッケル対して密着性の低いステンレスを用いて構成されているので、熱歪により、電鋳層２をマスター金型１１ｃから容易に剥離し電鋳金型６１を得ることができる。
By applying heat to the
図８（ａ）及び図８（ｅ）に示すように、本実施例のマスター金型は、符号１１ｄで示す。マスター金型１１ｄは厚さ１ｍｍ、２０ｍｍ角の正方形の石英基板１１ａ上に感光性樹脂１４でパターン１１ｂが形成されたものを用いる。このマスター金型１１ｄは、石英基板１１ａ上に感光性樹脂１４を塗布したあと、マスクを用いて露光して感光性樹脂１４からなるパターン１１ｂを形成するものである。感光性樹脂１４には、光が当たった部分が硬化するネガ型の感光性樹脂を用い、例えば、幅５〜１０μｍ、深さ１〜５μｍ、長さ１５ｍｍの溝パターン１１ｂを多数形成する。その後、パターン１１ｂの上にパラジウム（Ｐｄ）めっき触媒層を設ける（図示せず）。Ｐｄめっき触媒層を形成した後、無電解銅めっきを行って導電性薄膜を形成する（図示せず）。無電解銅めっき層は、０．１〜０．２μｍの厚さに形成する。また、パラジウムめっきの代わりに実施例１のようにチタン薄膜を約０．１μｍを施しても構わない。この場合は、感光性樹脂が熱劣化しない低温スパッタリング法を用いる。
As shown in FIGS. 8A and 8E, the master mold of the present embodiment is denoted by
図８（ｂ）及び図８（ｆ）に示すように、導電性薄膜が形成されたパターン１１ｂを有するマスター金型１１ｄ上に、ニッケル製の補強枠３を形成する。
As shown in FIGS. 8B and 8F, a
図８（ｃ）及び図８（ｇ）に示すように、スルファミン酸ニッケルめっき液を用いて電気めっきを行い、ニッケル製の電鋳層２を形成する。電気めっき時の電流密度は例えば３０Ａ／ｄｍ２、浴温は６０℃とする。電気ニッケルめっき層（電鋳層２）は、０．２〜１ｍｍの厚さに形成する。
As shown in FIGS. 8C and 8G, electroplating is performed using a nickel sulfamate plating solution to form an
図８（ｄ）及び図８（ｈ）に示すように、電鋳層２を形成後、マスター金型１１ｄの感光性樹脂１４をアルカリ水溶液で溶解させるか、または石油系溶剤で溶解することによって、めっき補強枠１３と電鋳層２をともにマスター金型から離型し電鋳金型６１が得られる。感光性樹脂１４を溶解してマスター金型１１ｄ（石英基板１１ａ）から電鋳金型を離型した後、パターン１１ｂの表面に残った無電解銅めっき層を、硝酸などの酸化性の酸で溶解除去する。パラジウム触媒層は非常に薄いのでニッケルめっき層（電鋳層２）側に残っても構わない。また、導電性薄膜にチタンを用いた場合にもチタンは薄いので、ニッケルめっき側に残っても構わない。
As shown in FIGS. 8D and 8H, after forming the
なお、上記実施形態及び実施例では、電鋳品として、電鋳金型を例示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、補強を必要する電鋳品であれば、金型以外の各種工業用製品、家庭用製品、その他の部品などの成形品にも適用可能である。 In the above embodiment and examples, an electroformed mold is illustrated as an electroformed product. However, the present invention is not limited to this, and any electroformed product that requires reinforcement may be used other than the mold. It is also applicable to molded products such as various industrial products, household products, and other parts.
例えば、ノズル成形体を電鋳品で成形する場合の、基本的な実施形態の要旨について、図１１を参照して説明する。本実施形態では、図１１に示すように、マスター金型１０１は、少なくとも表面が導電性を有する金型基板１０１ａと、この金型基板のうち電気めっきにより電鋳する側の片面に形成された型用のフォトレジスト１０２とで構成される。
For example, the gist of the basic embodiment in the case where the nozzle molded body is formed of an electroformed product will be described with reference to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 11, the
この金型基板１０１ａの片面に補強枠１０３を配置し、金型基板１０１ａ上と補強枠１０３とに電気めっきを施す。電気めっきにより金型基板１０１ａ上に形成された電鋳層１０４が形成される。その後、めっきで一体化された電鋳層１０４及びめっき補強枠１０５（補強枠１０３にめっきを施したもの）をフォトレジスト１０２と共に金型基板から離し、その後、フォトレジストを溶解除去することでノズル成形体（電鋳品）を得る。
The reinforcing
次に本実施形態の実施例について説明する。 Next, examples of the present embodiment will be described.
一例として、ノズルを有する成形体として、インクジェットノズルに用いる実施例を図１１及び図１２により説明する。 As an example, an embodiment used for an inkjet nozzle as a molded body having a nozzle will be described with reference to FIGS.
図１１（ａ）から（ｃ）は、本実施例に係わるインクジェットノズルの製造工程を示すものである。図１１（ａ）は、マスター金型１０１に電気めっき（電鋳層）を形成する前の状態である。マスター金型１０１は、例えば人工石英板（基板）１０１ａと、ノズルのオリフィスの型になるめっきレジスト１０２とからなる。ここで、めっきレジスト１０２は、電気めっきの施されない領域を確保するためのフォトレジストを意味するものである。図１２に示すように、電鋳工程に入る前に、人工石英板で構成される金型基板１０１ａの片面（電鋳する側）の中心にめっきレジスト１０２がフォトリソグラフィにより予め形成してある。
FIGS. 11A to 11C show the manufacturing process of the ink jet nozzle according to this embodiment. FIG. 11A shows a state before the electroplating (electroformed layer) is formed on the
例えば、マスター金型１０１の基板１０１ａとして、径が５ｍｍΦ、厚さ１．０ｍｍの人工石英板１０１ａを用いる。この人工石英板１０１ａの片面（電鋳する側）に、例えば厚さ約０．０５μｍの導電性薄膜、例えばチタン（Ｔｉ）薄膜が形成してある。
For example, as the
めっきレジスト１０２は、ネガ型フォトレジストを用いてマスク露光、現像により作成される。このレジストは、ポジ型フォトレジストを用いて作成してもよい。めっきレジスト１０２のパターンは、例えば径０．０５〜０．１ｍｍΦ、厚さ０．５〜１．０ｍｍである。 The plating resist 102 is formed by mask exposure and development using a negative photoresist. This resist may be formed using a positive photoresist. The pattern of the plating resist 102 has, for example, a diameter of 0.05 to 0.1 mmΦ and a thickness of 0.5 to 1.0 mm.
めっきレジスト付きのマスター金型１０１の片面（電鋳する側）に、図１１（ａ）に示すように、円筒状の補強枠１０３が配置される。補強枠１０３は、例えば、内径４．５ｍｍΦ、外径５ｍｍΦ、長さ１０ｍｍのＳＵＳ３０４を用いる。
As shown in FIG. 11A, a cylindrical reinforcing
めっきレジスト付きのマスター金型１０１の片面側に電気ニッケルめっきが施され、電鋳層（ニッケル層）１０４とめっき補強枠（めっき後の補強枠）１０５とが一体化する。電気めっき条件は、既述した実施例同様、例えば、スルファミン酸ニッケルめっき浴を用い、電流密度は例えば３０Ａ／ｄｍ２、浴温は６０℃とする。電鋳層１０４は、例えば、厚さ０．５〜１．０ｍｍである。
Electroplating is applied to one side of the
上記の電鋳層１０４の成形後に、既述した実施形態１同様に、チタンの選択溶解液を用いて人工石英板に施した導電性薄膜（例えば、チタン薄膜）を溶解する。それにより、一体化された電鋳層１０４及びめっき補強枠１０５がマスター金型１０１から剥離される。
After the
その後に、めっきレジスト１０２は、有機溶媒を用いて除去され、レジスト除去部分にノズル用オリフィス１０２ａが形成されて、電鋳品としてインクジェットノズルが得られる。ここで、めっきレジストのパターンの形状は任意の形状でよい。例えば、円形、三角形、星形、楕円形のいずれでもよい。補強枠としては、SUS304のほかに、純ニッケル、銅、銅合金などが考えられる。電気めっきとしては、耐食性及び耐薬品性に優れた錫−ニッケル合金を使用してもよい。 Thereafter, the plating resist 102 is removed using an organic solvent, and a nozzle orifice 102a is formed in the resist removal portion, whereby an ink jet nozzle is obtained as an electroformed product. Here, the shape of the plating resist pattern may be any shape. For example, any of a circle, a triangle, a star, and an ellipse may be used. As the reinforcing frame, in addition to SUS304, pure nickel, copper, copper alloy, and the like are conceivable. As the electroplating, a tin-nickel alloy having excellent corrosion resistance and chemical resistance may be used.
なお、上記した金型基板、めっきレジスト、補強枠、電鋳層などの仕様は、適宜設定されるものであり、上記数値に限定されるものではない。また、本実施形態及び実施例同様で説明したマスター金型の基板材料、電気めっき材料、補強枠の材料も、今まで本明細書で述べてきた材料のほかに、種々のものが適用可能であり、特に限定するものではない。 The specifications of the above-described mold substrate, plating resist, reinforcing frame, electroformed layer, etc. are set as appropriate and are not limited to the above numerical values. In addition to the materials described in the present specification, various materials can be applied to the master mold substrate material, electroplating material, and reinforcing frame material described in the same manner as in the present embodiment and examples. There is no particular limitation.
上記実施例では、電鋳加工部品として、ノズルを例示したがその他の成形品でもよく、種々の成形品の形状に応じてめっきレジストのパターン形状を設計すればよい。 In the above embodiment, the nozzle is exemplified as the electroformed part, but other molded products may be used, and the pattern shape of the plating resist may be designed according to the shape of various molded products.
また、実施例の電鋳金型は、主にインプリント用を用いて説明したが、インジェクション法等の樹脂モールド用の金型にも応用可能であり、また、その応用に限定されるものではない。 In addition, although the electroforming mold of the example has been described mainly using the imprint, it can be applied to a mold for resin molding such as an injection method, and is not limited to the application. .
１…電鋳金型、２…電鋳層、２ａ…パターン、３…補強枠、４…補強材（補強充填材）、４ｂ…補強充填材、１１…マスター金型、１１ａ…金型基板、１１ｂ…パターン、１２…導電性薄膜、１３…めっき補強枠、１０１…マスター金型、１０１ａ…金型基板、１０２…フォトレジスト、１０３…補強枠、１０４…電鋳層（ノズル成形体）、１０５…めっき補強枠。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electroformed mold, 2 ... Electroformed layer, 2a ... Pattern, 3 ... Reinforcement frame, 4 ... Reinforcement material (reinforcement filler), 4b ... Reinforcement filler, 11 ... Master mold, 11a ... Mold substrate, 11b ... Pattern, 12 ... Conductive thin film, 13 ... Plating reinforcement frame, 101 ... Master mold, 101a ... Mold substrate, 102 ... Photoresist, 103 ... Reinforcement frame, 104 ... Electroformed layer (nozzle molding), 105 ... Plating reinforcement frame.
Claims (14)
前記マスター金型に少なくとも表面が導電性を有する補強枠を接触させて、その状態で前記マスター金型と補強枠とに電気めっきを施して前記補強枠と一体化された電鋳層を形成し、一体化された前記電鋳層と補強枠とを前記マスター金型から離型して電鋳品を得ることを特徴とする電鋳品の製造方法。 Electroplating is performed on the surface of the master mold to form an electroformed layer with a pattern opposite to that of the master mold, and the electroformed layer is released from the master mold to produce an electroformed product. In the method
A reinforcing frame having at least a surface conductivity is brought into contact with the master mold, and in this state, the master mold and the reinforcing frame are electroplated to form an electroformed layer integrated with the reinforcing frame. A method for producing an electroformed product, wherein the integrated electroformed layer and the reinforcing frame are released from the master mold to obtain an electroformed product.
前記マスター金型は、少なくとも表面が導電性を有する金型基板と、この金型基板のうち電気めっきにより電鋳する側の片面に形成された型用のフォトレジストとで構成され、前記電気めっきにより前記電鋳層を成形後に、めっきで一体化された前記電鋳層および前記補強枠とを前記フォトレジストと共に前記金型基板から離し、その後、前記フォトレジストを溶解除去することで電鋳品を得る電鋳品の製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The master mold is composed of a mold substrate having at least a conductive surface, and a mold photoresist formed on one side of the mold substrate that is electroformed by electroplating. After forming the electroformed layer by the above, the electroformed layer and the reinforcing frame integrated by plating are separated from the mold substrate together with the photoresist, and then the photoresist is dissolved and removed. A method for producing an electroformed product.
その電鋳層を補強するための補強枠を有し、この補強枠は、少なくとも表面が導電性を有し前記電気めっきが施されており、前記電鋳層と前記補強枠とが前記電気めっきにより一体化された構造を有していることを特徴とする電鋳品。 In an electroformed product composed of an electroformed layer formed in a reverse pattern shape with a master mold by electroplating using a master mold,
A reinforcing frame for reinforcing the electroformed layer; at least the surface of the reinforcing frame is electrically conductive and the electroplating is applied; and the electroformed layer and the reinforcing frame are electroplated. An electroformed product characterized by having an integrated structure.
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