JP2010055703A - 断熱スタンパ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板層と断熱層との密着力を維持した状態で、厚さ方向の剛性を確保した断熱スタンパ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】表面に微細な凹凸パターンを有する第１のＮｉ層２と、第１のＮｉ層２の凹凸パターンを有する面とは反対側の面に形成された断熱層３と、断熱層３の第１のＮｉ層２とは反対側の面に形成された第２のＮｉ層４とを有する断熱スタンパ５であって、断熱層３が微小中空球を含有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ディスク基板を製造するために用いる断熱スタンパ及びその製造方法に関する。

金型に断熱機能を付加するために、金型の表面又は内部に断熱性を有する層を設けることは従来から知られている。

例えば、光ディスク基板を射出成形するための光ディスク基板成形金型に用いられる光ディスク基板成形用スタンパにおいては、射出成形時に光ディスク基板表面に微細な凹凸パターンを適切に転写するために、表面に光ディスク基板表面の凹凸パターンと凹凸が反転している微細な凹凸パターンを有するニッケルなどの金属からなる基板層上に耐熱性樹脂からなる断熱層が形成された断熱スタンパが使用されている（特許文献１参照）。

また、断熱技術として、特許文献２には、断熱層に中空フィラーを配合する技術が開示されている。

図５に、光ディスク基板成形用スタンパの製造工程を示す。
断熱スタンパは、不図示の光ディスク基板表面に形成される微細な凹凸パターンと同一の微細な凹凸パターンが形成された母型上にＮｉを電鋳し、スタンパの転写面に相当する表面に微細な凹凸パターンを有するＮｉ基板層を形成する。
次に、Ｎｉ基板層上に、ポリアミドイミドなどの耐熱性合成樹脂を溶媒に溶解したワニス状材料をスピンコートによって塗布し、加熱乾燥させて溶媒を蒸発させることで、耐熱性合成樹脂からなる断熱層を形成する。

次に、断熱層上に導電膜を形成し、導電膜を陰極としてニッケル電鋳を行うことにより、導電膜上にＮｉ支持体層を形成する。

そこで母型から、Ｎｉ基板層と断熱層と導電膜とＮｉ支持体層との３層（導電膜は層に含めない）からなる積層体を剥離する。

そして、その積層体の不要な内外形部分を打ち抜き、ドーナツ状の断熱スタンパとする。

上記のようにして形成したスタンパを光ディスク基板の射出成形に用いることで、高温の転写温度によって高い転写性が得られるとともに、低い金型温度設定によって成形サイクルの短縮を図ることができる。
特許第３３７８８４０号公報 特開２００７−１２１４４１号公報

そこで、生産性をより高める、すなわちさらに高次元の成形サイクル短縮を図るためには、断熱スタンパにおける断熱層をより厚くするという手法が考えられる。

スタンパの総厚を一定として断熱層を厚くしていくと、面圧による厚さ方向の弾性変形量（圧縮）が顕在化してくる。これは、射出成形時には瞬間的にではあるが、最高３５ＭＰａ程度の面圧がスタンパに対して負荷されるためである。ここで、ニッケルのヤング率が２００ＧＰａ程度なのに対して、ポリアミドイミドのヤング率は４．５ＧＰａ程度でありかなり低い。そのために、断熱層を厚くするほどスタンパとしての剛性が低下し、その結果、成形品の厚さも所望のサイズよりも厚くなってしまう。

さらに、面圧は、スタンパに対して一様に負荷されるわけではないため、圧力に比例するスタンパの変形量に面内ムラが生じる。その結果、成形品にも面内厚さムラが生じてしまう。

このように、ポリアミドイミドのみからなる断熱層では、より生産性を高めるためのスタンパに必要な剛性を確保できない。

スタンパにおける厚さ方向の弾性変形に対して、例えば剛性がより高い有機又は無機材料を断熱層に用いることも考えられるが、面圧や断熱層とニッケル基板層との間の熱膨張率の差による界面剥離が問題となる。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、基板層と断熱層との密着力を維持した状態で、厚さ方向の剛性を確保した断熱スタンパ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、表面に微細な凹凸パターンを有する第１のＮｉ層と、該第１のＮｉ層の凹凸パターンを有する面とは反対側の面に形成された断熱層と、該断熱層の第１のＮｉ層とは反対側の面に形成された第２のＮｉ層とを有する断熱スタンパであって、断熱層が微小中空球を含有することを特徴とする断熱スタンパを提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、表面に微小な凹凸パターンを有する母型上に第１のＮｉ層を形成する工程と、第１のＮｉ層の前記母型とは反対側の面に微小中空球を含有する断熱層を形成する工程と、断熱層の前記第１のＮｉ層とは反対側の面に第２のＮｉ層を形成する工程とを有することを特徴とする断熱スタンパの製造方法を提供するものである。

本発明によれば、基板層と断熱層との密着力を維持した状態で、厚さ方向の剛性を確保した断熱スタンパ及びその製造方法を提供できる。

本発明は、断熱層をより厚くすることで断熱効果を高めて、生産効率を上げることに繋がる断熱スタンパを作成する際、断熱層にガラスなどからなる微小中空球を添加することで剛性を高め、厚さ方向における弾性変形の抑制を可能とする。

樹脂に中空球、ビーズ、ファイバなどを添加することで補強性などの特性を付与することは従来から一般的に行われてきた。その中で、中空球には、軽量化、断熱性付与、耐衝撃性付与、剛性向上、遮音性向上、低誘電性付与、造孔化、表面積付与、風合い改良、ひけ防止などの効果があり、射出成形物、射出圧縮成形物、押し出し成形物、中空成形物、圧縮成形物、シート成形物、真空成形物、フィルム成形物、回転成形物等の各種成形体、壁紙、塗料、シーリング剤、粘着剤、靴底、合成皮革、タイヤ、紙、セメント、タイル、建材、人工木材、ＦＲＰ、多孔質セラミックフィルタ、キャパシタ等極めて広範な分野で利用されている。そこで、中空球を断熱スタンパの断熱層に添加することで、断熱効果をより高め、かつ剛性を高める。

中空球としては、シラスバルーン、ガラスバルーン、シリカバルーン、フェノールバルーン、アクリロニトリルバルーン、塩化ビニリデンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、カーボンバルーンなどがある。具体例としては、シラスバルーンとしては、イヂチ化成（株）製のウインライト、三機工業（株）製のサンキライトが、ガラスバルーンとしては、日本板硝子（株）製のカルーン、旭ガラス（株）製のセルスター、３Ｍ（株）製のグラスバブルズフィラーが、シリカバルーンとしては、旭硝子（株）製のＱ−ＣＥＬが、アルミナバルーンとしては、昭和電工（株）製のＢＷが、ジルコニアバルーンとしては、ＺＩＲＣＯＡ（株）製のHOLLOW ZIRCONIUM SPHEESが、カーボンバルーンとしては、呉羽化学（株）製クレカスフェアなどがある。

一般的に金型材として使われるステンレスの熱伝導率は18(W/m・K)、ニッケルは90(W/m・K)である。また、ポリアミドイミドは0.3(W/m・K)で、ガラスは1(W/m・K)で、ビスマスは7.2(W/m・K)ある。対して、空気の熱伝導率は0.024(W/m・K)と低く、断熱効果が絶大である。その空気を含む中空球を、断熱効果が高いポリアミドイミド層に添加すれば、高次元の断熱効果が得られる。

ここで、剛性向上について説明する。剛性が高いということは、外力に対して変形が少ないことを意味する。そこで、同じ体積を占めるポリアミドイミド中実球とガラス中空球とに外圧がかかる時に、どれだけ変形して径が小さくなるかを考える。材料力学に基づいて中実球における変形と厚肉球における変形とを計算すると、ヤング率４．５ＧＰａでポアソン比０．４５であるポリアミドイミドからなり直径が１０μｍである中実球と、ヤング率７１ＧＰａでポアソン比０．２２であるガラスからなり、直径が１０μｍで殻厚が２．２５μｍで大気圧の空気が密封された中空球の変形は同じ外圧に対して等しく、図１に示すポリアミドイミド中実球とガラス中空球とは等価な剛性であると考えられる。
つまり、中空球の直径に対する殻の厚さの比を０．２２５よりも大きくすれば剛性が向上する。

以下、本発明に係る断熱スタンパの好適な実施の形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図２に、本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る断熱スタンパの製造工程を示す。表面に微細なパターンを有する母型１に剥離皮膜処理を施す。そして、母型上１にＮｉを電鋳し、スタンパの転写面であり表面に微細なパターンを有する第１のＮｉ層２を形成する。

次に、断熱層３を形成する。断熱層３は主にポリアミドイミドからなり、微小中空球が添加されている。光ディスク基板用スタンパとしては、中空球直径は１０μｍ以下が好ましい。大きすぎると転写性に影響を及ぼす。また、このような微粒子には、微粒子同士の凝集という問題が生じる。そこで、各微小中空球に対して同種の電荷を与えることで、斥力によって分散させる。帯電にはコロナ放電などを用いる。そして、そこに断熱材料であるポリアミドイミドを注入したものを、スピンコート法により第１のＮｉ層２上に塗布し、溶媒を蒸発させて加熱硬化させることで中空球が分散した断熱層３を形成する。次に、断熱層３上に導電膜を形成後、導電膜上に第２のＮｉ層４を電鋳によって形成し、母型１から剥離することで断熱スタンパ５とする。

本実施形態に係る断熱スタンパ５は、断熱層３に微小中空球を添加することで、断熱層３の剛性が高まり、厚さ方向の弾性変形が抑制される。よって、これを用いることにより、所望の厚さの光ディスク基板成形品を得ることができる。

〔第２の実施形態〕
図３に、本発明を好適に実施した第２の実施形態に係る断熱スタンパの製造工程を示す。工程の流れは上記第１の実施形態と同様であるが、本実施形態においては、あえて中空球同士を凝集させる。ここでは比重が小さい中空球を用いる。そこにポリアミドイミドを注入したものをスピンコート法によって第１のＮｉ層２に塗布すると、凝集した比重の小さい中空球は浮いてくる。その後、溶媒を蒸発させて加熱硬化させることで断熱層３を形成する。これにより、第１のＮｉ層２側はポリアミドイミドのみで、第２のＮｉ層４側は中空球が凝集した断熱層３が形成される。すると、中空球が転写性に及ぼす影響を抑制でき、さらに六方最密構造に近づくことで高い剛性が得られる。
断熱層３上に導電膜を形成後、導電膜上に第２のＮｉ層４を電鋳によって形成し、母型１から剥離することで断熱スタンパ５とする。

本実施形態に係る断熱スタンパ５は、断熱層３に微小中空球を添加することで、断熱層３の剛性が高まり、厚さ方向の弾性変形が抑制される。よって、これを用いることにより、所望の厚さの光ディスク基板成形品を得ることができる。

〔第３の実施形態〕
図４に、本発明を好適に実施した第３の実施形態に係る断熱スタンパの製造工程を示す。工程の流れは上記第１、第２の実施形態と同様であるが、本実施形態においては、ナノオーダーの微小中空球を用いる。中空球直径は１０ｎｍ以下が好ましい。その微小中空球を多量に用い、そこにポリアミドイミドを注入したものをスピンコート法により第１のＮｉ層２上に塗布する。その後、溶媒を蒸発させて加熱硬化させることで、断熱層３を形成する。これにより、ナノオーダーの中空球が充填された断熱層３が形成される。すると、中空球が転写性に及ぼす影響が抑制される。
断熱層３上に導電膜を形成後、導電膜上に第２のＮｉ層４を電鋳によって形成し、母型１から剥離することで断熱スタンパ５とする。

本実施形態に係る断熱スタンパ５は、断熱層３に微小中空球を添加することで、断熱層３の剛性が高まり、厚さ方向の弾性変形が抑制される。よって、これを用いることにより、所望の厚さの光ディスク基板成形品を得ることができる。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されることなく様々な変形が可能である。

ポリアミドイミド製の中実球と等しい剛性を有するガラス製の中空球を示す図である。 本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る断熱スタンパの製造工程を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係る断熱スタンパの製造工程を示す図である。 本発明を好適に実施した第３の実施形態に係る断熱スタンパの製造工程を示す図である。 従来の３層式断熱スタンパの製造方法を示す図である。

符号の説明

１ 母型
２ 第１のＮｉ層
３ 断熱層
４ 第２のＮｉ層
５ 断熱スタンパ

Claims (9)

1. 表面に微細な凹凸パターンを有する第１のＮｉ層と、該第１のＮｉ層の前記凹凸パターンを有する面とは反対側の面に形成された断熱層と、該断熱層の前記第１のＮｉ層とは反対側の面に形成された第２のＮｉ層とを有する断熱スタンパであって、
   前記断熱層が微小中空球を含有することを特徴とする断熱スタンパ。
2. 前記微小中空球は、前記断熱層内に分散していることを特徴とする請求項１記載の断熱スタンパ。
3. 前記微小中空球は、セラミックスを材料として形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の断熱スタンパ。
4. 前記セラミックスは、シラス、ガラス、シリカ、アルミナ、ジルコニア、又はカーボン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. 前記微小中空球は、金属を材料として形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の断熱スタンパ。
6. 前記金属はビスマスであることを特徴とする請求項５記載の断熱スタンパ。
7. 表面に微小な凹凸パターンを有する母型上に第１のＮｉ層を形成する工程と、
   前記第１のＮｉ層の前記母型とは反対側の面に微小中空球を含有する断熱層を形成する工程と、
   前記断熱層の前記第１のＮｉ層とは反対側の面に第２のＮｉ層を形成する工程とを有することを特徴とする断熱スタンパの製造方法。
8. 前記微小中空球を、前記断熱層内に分散させることを特徴とする請求項７記載の断熱スタンパの製造方法。
9. 前記微小中空球を、帯電による斥力を用いて前記断熱層内に分散させることを特徴とする請求項８記載の断熱スタンパの製造方法。

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