JPH04259392A - 電鋳皮膜形成法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に形成された凹
凸パターンを転写して複製金型を製造するための電鋳皮
膜形成法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】微細凹凸パターンを有する精密部品、例
えば光学ディスク等の複製は、一般的に、電鋳法によっ
て製造された金型により製造されている。この金型は、
次のような工程で製造されている。

【０００３】まず、回転遠心塗布装置に研磨ガラス基板
を設置し、研磨ガラス基板上にフォトレジストを回転遠
心塗布し、フォトレジスト膜に露光および現像を行い微
細凹凸パターンを形成する。次に、微細凹凸パターン上
にスパッタリング法等によってニッケルの導電性皮膜を
形成し、この導電性皮膜上に電鋳法によって２００〜３
００μｍのニッケルの電鋳皮膜を形成して離型し、この
電鋳皮膜をニッケルマスタとする。そして、ニッケルマ
スタの電鋳転写面に陽極酸化法やクロム酸法等により離
型処理を施した後、この電鋳転写面上に再び電鋳法によ
って２００〜３００μｍのニッケルの電鋳皮膜を形成し
て離型し、この電鋳皮膜をニッケルスタンパとしている
。このようにして得られたニッケルスタンパは、射出成
形機等の成形機に取り付けられ、精密部品を製造するた
めの金型として使用されている。

【０００４】上記ニッケルマスタおよびニッケルスタン
パの製造のために行われていた従来の電鋳法では、スル
ファミン酸ニッケル等を主成分としたニッケル電鋳液が
一般的に使用され、電鋳皮膜形成のための陽極として溶
解性陽極が使用されていた。そのため、形成された電鋳
皮膜のビッカース硬度は、Ｈｖ２００〜２５０程度と低
かった。

【０００５】そこで、電鋳皮膜転写面上にクロムメッキ
やスパッタリング等の処理を施し新たに１層形成するこ
とによって、電鋳皮膜転写面の硬度を間接的に高くする
ことが行われていた。

【０００６】また、電鋳皮膜転写面の硬度を直接高くす
るために、特開昭６１ー２２１３９２号公報に開示され
ているものが知られている。この方法においては、電鋳
皮膜は、ニッケル電鋳液中において不溶解性陽極を用い
て、ガラス原盤に１μｍ以上１０μｍ未満の厚さの第１
のニッケル電鋳皮膜と、その後ニッケル電鋳液中で溶解
性陽極を用いて、前記第１のニッケル電鋳皮膜上に形成
された第２のニッケル電鋳皮膜を形成されることを特徴
としていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電鋳皮
膜形成のための陽極として溶解性陽極が使用された場合
、形成された電鋳皮膜のビッカース硬度は、２００〜２
５０程度と低かったため、耐久性は低いものであった。

【０００８】そこで、電鋳皮膜転写面の硬度を高くし耐
久性を上げるために、電鋳皮膜転写面上にクロムメッキ
やスパッタリング等の処理を施し新たに１層形成するこ
とが行われたが、凹凸パターンが微細な場合には、これ
らの表面処理層の膜厚および表面粗度の影響により、転
写精度が損われてしまうという欠点があった。

【０００９】ここで、電鋳皮膜転写面の転写精度を損わ
ずに、かつ電鋳皮膜転写面の硬度を高くするために、ニ
ッケル電鋳液中において不溶解性陽極を用いて、ガラス
原盤に第１のニッケル電鋳皮膜を形成し、その後ニッケ
ル電鋳液中で溶解性陽極を用いて、前記第１のニッケル
電鋳皮膜上に第２のニッケル電鋳皮膜を形成する方法が
あった。この方法では、第１のニッケル電鋳皮膜と第２
のニッケル電鋳皮膜との界面（１μｍ以上１０μｍ未満
の範囲）で、ビッカース硬度は約５００から約２００に
ステップ的に変化する。２つのニッケル電鋳皮膜の界面
で材質特性が急に変化するために、成形による応力，熱
の繰り返し負荷をかけた時、第１のニッケル電鋳皮膜と
第２のニッケル電鋳皮膜との密着強度に問題が生じる。 すなわち、耐久性は落ちる。

【００１０】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、電鋳皮膜転写面上にクロム
メッキやスパッタリング等の処理を施すことなく、すな
わち転写精度を損わずに、電鋳皮膜転写面の硬度の高い
電鋳皮膜を形成させることを目的とし、さらに、ガラス
原盤に電鋳皮膜が析出する過程において、電鋳皮膜のビ
ッカース硬度を連続的に小さくさせながら電鋳皮膜を形
成させることにより、電鋳皮膜の材質特性が急に変化す
ることのない、すなわち耐久性の良い電鋳皮膜を形成す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の電鋳皮膜形成法では、陽極として不溶解性陽
極と溶解性陽極の２種類を備え、電鋳実施中に、電鋳液
中に存在する不溶解性陽極の面積を連続的に減少させ、
それと共に電鋳液中に存在する溶解性陽極の面積を連続
的に増加させて、電鋳皮膜を形成する。

【００１２】

【作用】上記の構成を有する本発明の電鋳皮膜形成法に
ついて、その作用を以下に述べる。

【００１３】まず、電鋳液中に不溶解性陽極のみを存在
させ、数十分から数時間電鋳する。このとき、ガラス原
盤上には、ビッカース硬度が約５００の電鋳皮膜が形成
される。

【００１４】次に、不溶解性陽極を徐々に動かして、電
鋳液中に存在している不溶解性陽極の面積を連続的に減
少させ、それと共に今まで電鋳液外にあった溶解性陽極
を徐々に動かして、電鋳液中に存在する溶解性陽極の面
積を連続的に増加させる。そして、不溶解性陽極が電鋳
液外に出、電鋳液中には溶解性陽極のみが存在するよう
になるまで不溶解性陽極および溶解性陽極を動かす。こ
の間に析出した電鋳皮膜のビッカース硬度は、約５００
から約２００まで連続的に減少していきながら、上記で
得られたビッカース硬度約５００の電鋳皮膜上に形成さ
れる。

【００１５】その後、電鋳液中に溶解性陽極のみを存在
させ、数十分から数時間電鋳する。このとき、上記でビ
ッカース硬度が約２００まで連続的に減少しながら形成
された電鋳皮膜上に、ビッカース硬度約２００の電鋳皮
膜が形成される。上記過程の間、電流は流れ続けている
。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１７】図１は、本発明の電鋳皮膜形成法を実施す
るための電鋳装置の概略図である。電鋳槽１１中には、
ニッケル電鋳液１３が６０％スルファミン酸ニッケル・
四水和物７５０ｇ／ｌ，塩化ニッケル・六水和物５ｇ／
ｌ，ホウ酸３０ｇ／ｌ，添加剤（ピット防止用界面活性
剤および応力減少剤等）１〜５ｍｌ／ｌ，ｐＨ調整剤（
スルファミン酸あるいは塩基性炭酸ニッケル）適量を加
えて建浴されており、５０℃，ｐＨ４．０となるように
コントロールされている。ここで図１では、ニッケル電
鋳液１３の攪拌，加熱，冷却，ろ過に必要な装置やポン
プ，補助槽等は、簡略化のために省略した。

【００１８】従来と同様な方法によって凹凸パターン１
５が形成されたガラス原盤１７は、回転通電軸１９に取
り付けられ、ニッケル電鋳液１３中に設置される。ガラ
ス原盤１７は、回転用モータ２１を駆動することによっ
て、回転通電軸１９を介して回転させることができる。 ガラス原盤１７は、回転通電軸１９および陰極電気ブラ
シ２３を通して、直流定電流電源２５の陰極につながっ
ている。

【００１９】一方、不溶解性陽極２７と溶解性陽極２９
は、少なくともいずれかが電鋳槽１１中でガラス原盤１
７と対面して存在しており、不溶解性陽極２７と溶解性
陽極２９は、電鋳槽１１上方に設置された回転可能なプ
ーリ３１に吊されている。不溶解性陽極２７と溶解性陽
極２９は、プーリ３１および陽極電気ブラシ３３を通し
て、直流定電流電源２５の陽極につながっている。

【００２０】プーリ３１に吊された不溶解性陽極２７と
溶解性陽極２９は、陽極移動用モータ３５を駆動するこ
とにより、プーリ３１を介して垂直方向に動かすことが
できる。陽極移動用モータ３５の回転のＯＮ，ＯＦＦお
よび回転速度は、陽極移動用モータコントローラ３７に
よって制御されている。

【００２１】ここでは、不溶解性陽極２７には金被覆板
あるいは白金被覆板等を使用し、溶解性陽極２９には活
性溶解性ニッケル板等を使用する。

【００２２】次に、図１の電鋳装置によって実施される
本発明の電鋳皮膜形成法について述べることとする。図
２（ａ）〜（ｃ）は、本発明での不溶解性陽極２７と溶
解性陽極２９の動きを示した図であり、図３は、図２（
ａ）〜（ｃ）の動きによって得られるニッケル電鋳膜厚
とビッカース硬度の関係を示した図である。まず、図２
（ａ）の状態でニッケル電鋳液１３中に直流電流を流す
ことによって、不溶解性陽極２７のみをニッケル電鋳用
の陽極として電鋳を開始する。総電流量が０．８〜０．
９ｈ・Ａ／ｄｍ２　（陰極電流効率によって違う）とな
るまで電鋳し、このとき、ニッケル電鋳皮膜は１０μｍ
となる。図３では、Ａ１からＢ１までがその領域を示し
ており、このときにビッカース硬度約５００のニッケル
電鋳皮膜が析出する。

【００２３】次に、ニッケル電鋳皮膜が１０μｍになっ
たところで、陽極移動用モータコントローラ３７によっ
てプーリ３１を図２（ｂ）の矢印方向に回転させ始め、
不溶解性陽極２７を少しずつ引き上げ、溶解性陽極２９
を少しずつ下ろしていく。そうすることにより、ニッケ
ル電鋳液１３中の不溶解性陽極２７の面積が減少し、溶
解性陽極２９の面積が増加していくため、図３のＢ１か
らＣ１までニッケル電鋳皮膜が増えるに連れて、ビッカ
ース硬度は約５００から連続的に減っていき、図３のＣ
１点で約２００になる。陽極移動用モータコントローラ
３７でプーリ３１はその回転速度を制御されており、ニ
ッケル電鋳液１３中の不溶解性陽極２７がすべて引き上
げられ、同時に総電流量が１２〜１３．５ｈ・Ａ／ｄｍ
２　となるまで電鋳することにより、ニッケル電鋳皮膜
は１５０μｍになる。

【００２４】そして、図２（ｃ）の状態になったとき、
プーリ３１の回転を停止し、溶解性陽極２９のみを電鋳
用の陽極として電鋳を行い、総電流量が２４〜２７ｈ・
Ａ／ｄｍ２　となったところで、すなわちニッケル電鋳
皮膜が約３００μｍになったところで電鋳を終了する。 図３では、Ｃ１からＤ１までがその領域を示しており、
ここでは、ビッカース硬度約２００のニッケル電鋳皮膜
が約１５０μｍ析出する。

【００２５】以上のようにして、ガラス原盤１７からニ
ッケル電鋳皮膜が析出する過程において、電鋳皮膜のビ
ッカース硬度を約５００から約２００まで連続的に小さ
くさせながら形成させることにより、電鋳皮膜の材質特
性が急に変化することのない電鋳皮膜を形成することが
可能となる。

【００２６】ところで、図４は従来の方法による電鋳皮
膜形成法によって得られるニッケル電鋳膜厚とビッカー
ス硬度の関係を示した図である。すなわち、ニッケル電
鋳液１３中において不溶解性陽極２７を用いて、ガラス
原盤１７に第１のニッケル電鋳皮膜を形成し、その後、
同じあるいは他のニッケル電鋳液中で溶解性陽極２９を
用いて、前記第１のニッケル電鋳皮膜上に第２のニッケ
ル電鋳皮膜を形成する方法である。この方法では、第１
のニッケル電鋳皮膜と第２のニッケル電鋳皮膜との界面
（１μｍ以上１０μｍ未満の範囲）で、Ｂ２からＣ２へ
ビッカース硬度は約５００から約２００にステップ的に
変化する。２つのニッケル電鋳皮膜の界面で材質特性が
急に変化するために、成形による応力，熱の繰り返し負
荷をかけた時、第１のニッケル電鋳皮膜と第２のニッケ
ル電鋳皮膜との密着強度に問題が生じた。すなわち、耐
久性は落ちた。

【００２７】

【発明の効果】以上で説明した本発明の電鋳皮膜形成法
によれば、電鋳皮膜転写面上にクロムメッキやスパッタ
リング等の処理を施すことなく、すなわち、転写精度を
損わずに、電鋳皮膜転写面の硬度の高い電鋳皮膜を形成
させることが可能となる。さらに、ガラス原盤に電鋳皮
膜が析出する過程において、電鋳皮膜のビッカース硬度
を連続的に小さくさせながら電鋳皮膜を形成させること
により、電鋳皮膜の材質特性が急に変化することがなく
なる。そのため、成形による応力，熱の繰り返し負荷を
かけた時の電鋳皮膜寿命は大きく伸びる。すなわち、耐
久性の良い電鋳皮膜を形成することが可能となる。

【００２８】また、電鋳皮膜転写裏面は、電鋳皮膜転写
面よりも硬度が小さく柔軟であるため、転写裏面の加工
性は上昇する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電鋳皮膜形成法を実施するための電鋳
装置の概略図である。

【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は不溶解性陽極と溶解性陽
極の動きを示した図である。

【図３】図２（ａ）〜（ｃ）の動きによって得られるニ
ッケル電鋳膜厚とビッカース硬度の関係を示した図であ
る。

【図４】従来の方法による電鋳皮膜形成法によって得ら
れるニッケル電鋳膜厚とビッカース硬度の関係を示した
図である。

【符号の説明】

１３　　電鋳液 １５　　凹凸パターン ２７　　不溶解性陽極 ２９　　溶解性陽極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に形成された凹凸パターンを転
   写して複製金型を製造するための電鋳皮膜形成法におい
   て、陽極として不溶解性陽極と溶解性陽極の２種類を備
   えることを特徴とする電鋳皮膜形成法であり、電鋳過程
   中に、電鋳液中に存在する不溶解性陽極と溶解性陽極の
   面積比を連続的に変化させて電鋳皮膜を形成することを
   特徴とする電鋳皮膜形成法。