JP2002514530A

JP2002514530A - 指向性エネルギーアシスト真空微細エンボス加工

Info

Publication number: JP2002514530A
Application number: JP2000548153A
Authority: JP
Inventors: ミルフォードビー．カイム、
Original assignee: カイム、ミルフォードビー．
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1999-05-05
Publication date: 2002-05-21
Also published as: EP1089871A1; WO1999058327A1; CA2328868A1; US6007888A; EP1089871A4

Abstract

(57)【要約】真空室（７）中での連続製造法に利用される、指向性エネルギー支援微細エンボス加工機械／ステーションの種々形態、及びその方法で作製されるウエブ構造の生産物（４）（光学ディスク、カード、テープ、ホログラム反射体、ディフューザー、バイナリ光学素子、等）が開示されている。この形態は、単一基材（４）表面に光学フィーチャをエンボス加工するための単一機械ロールからロール方式（２，３）を備えることが出来、適切な金属、誘電体、半導体、ポリマー、及びその他の被覆を全て真空室（７）中で塗膜できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本発明は、一般的には、光学記憶製品（及びホログラムやバイナリ回折素子な
ど、その他の光学装置）に関する。より厳密には、本発明は、数ミクロン乃至そ
れ未満程度の回折又は屈折フィーチャが基材の表面にエンボス加工され、真空蒸
着、スパッタリング、気相めっき、又はその他の真空被覆技術によってそれら装
置に被覆物が塗布されることのある、光学記憶製品に関する。

【０００２】（発明の背景） ”コンパクト・ディスク”(ＣＤ）などの光学記憶製品の広範囲な採用が、処
理量を著しく増加させ且つ原価を低減させる潜在能力がある方法により、これら
の製品を製造することを望ましいものにしている。このような方法で作製した光
学記憶製品は、情報の普及を著しく促進する一方、環境上否定的な影響を与える
紙の生産量に対する必要性を低下させ、且つ情報の利用可能性及び長期保存可能
性を改善する。

【０００３】最も著名なロールからロールへの連続的方法は、大量の製品を低原価で作製す
るのにより効果的であることが知られている。よく知られた”フロッピー”磁気
ディスクはこの良い一つの例である。実際、ディスク材料構造物のロールが、製
品として "フロッピー産業”において普通に売られている。しかし、光学ディス
ク及びその他の素子は、ほとんどが専ら個別のバッチ式射出成形に基づく方法で
作製される。この経過に従って、光学媒体を連続的方法で製造する幾つかの試み
がなされてきた。ＳＰＩＥ会報（１６６３巻、３２４頁）のスレイファ、他（本
発明者を含む）の論文 "薄い保護シートの光学媒体の連続生産”は、一つの手法
を記述している。米国特許番号第４，８３１，２４４号('２４４)は、この発表
の手法を用いて作製した、ディスク模様を有する光学的カード構造を開示してい
る。 "光学記録−技術的概観”、アランＢ.マーチャント著、アディソン・ウェ
スレー出版社１９９０年発行、は従来技術についての良い概説、特に３２７頁の
原盤作製に関する項、を提供している。ＳＰＩＥの会報の論文及び単行本は、両
者とも本文をそのまま載せたかのように、参考にして取り入れてある。ＳＰＩＥ
論文においては、連続的ロール・エンボス加工方法が、基材の表面に光学フィー
チャを形成するのに利用されており、次いで機能的光学媒体又は素子を製造する
ために、基材は適切な吸収性、活性、反射性、及び／又は屈折性の層を被覆され
る。米国特許番号第４，３６６，２３５号('２３５)において、ランドはエンボ
ス加工ドラム及び流体を用いて、適切な光学フィーチャを一巻きの基材にエンボ
ス加工する方法、の一般的な概要を説明している。これらの工程は "技術的に公
知である”と見なされる。同様な手法がビュージーンにより米国特許番号第４，
５４３，２２５号('２２５)において説明されている。フォスターによるもう一
つの同様な手法、米国特許番号第４，８３６，８７４号('８７４)は、レーザ光
を吸収することによるフィーチャ形成を改善するために添加する染料を含む流体
を用いた、ロール・エンボス加工を利用する。これらの手法の全てが、以下の要
素の一つ又はそれ以上を特徴として含む：薄いウエブの保護シートへの積層、流
体によるエンボス加工、特別のエンボス加工ドラムの製造、及び分離した諸工程
。

【０００４】連続的方法で光学的媒体及び部品を製造する過去の試みは、真に連続的ではな
くむしろ区分毎に分けられ、多くの場合複合基材処理であるという特徴を共有し
ていた。上で引用した米国特許番号 '２４４、 '２２５、及び '８７４の場合は
、二つの基材ウエブが用いられ、化学流体に基づくエンボス加工が採用されてい
る。これは、記録及び／又は反射層の真空被覆が、区分毎に分けられた工程でな
されることを必要とする。

【０００５】化学エンボス加工法に伴うもう一つの問題は、エンボス加工を効果的に行なう
ために用いられるドラムである。もしもドラムが継ぎ目なしの表面を有しない場
合は、流体は継ぎ目に集積しそこから流出して基材上に達し、光学-級の装置及
び媒体に必要な、構造許容誤差の精細なフィーチャを破壊してしまう。継ぎ目な
しドラムは製造が困難で、時間が掛かり、且つ結果的に高価で、特に幅広のウエ
ブ系においてはそうである。個々にドラム上に搭載した個別のエンボス加工ツー
ルを利用することが好まれるが、その理由は、既存の光学原盤作製及び電鋳技術
を利用して容易に製造することができ、幅広のウエブと一緒に使う手段としてウ
エブに交差して搭載することができ、後で開示するようにドラムの表面に巻き付
けることに起因する歪みを相殺することができるからである。又個別のエンボス
加工ツールは、短時間操業、素早い切り替えの状況に対応して簡単に取り替えら
れる。初期の頃の方法に伴う更なる問題は、真空被覆される薄いウエブと、表面
欠陥に対する絶縁を提供し且つ構造を剛性が十分で平坦な状態にするための厚い
ウエブ保護シートとの間に、欠陥の少ない結合線をもたらすためには、高い清浄
度の環境の積層工程を必要とすることである。

【０００６】初期の流体に基づくエンボス加工の結果を避けるために、米国特許番号第５，
４２３，６７１号、第５，３６８，７８９号、第５，２８１，３７１号、第５，
１４７，５９２号、及び第５，０７５，０６０号は厚い基材の押し出し又は成形
工程とエンボス加工を結合した。残念なことに、この手法は、ツールが押し出し
工程の一部である限り、継ぎ目なしエンボス加工ツールが必要になるという初期
の頃の取り組みと同じ問題を有している。個別のツールが表面に搭載されたドラ
ムの継ぎ目に "急に入り込む”のを避けられるような、適切なゲージ厚さと許容
誤差を達成することは非常に困難である。大きい開口数の光学系に適したゲージ
厚さが減少すると、これらの問題は拡大される。これは、押し出し工程の速度、
巨視的材料複屈折、及び製造原価と妥協することになる。最も重要なことは、押
し出しがエンボス加工と一体化されているので、この手法はエンボス加工工程を
単一の連続真空機械に組み込むことが非常に困難なことである。工程が組み込ま
れていないこの構成の結果は、製造される構造物を完成させるための真空皮膜や
保護層が付加される前に、取り扱い中にエンボス加工が構造物の最も重要な表面
を損傷しやすいという欠点があることになる。

【０００７】一般的に言って、エンボス加工に流体又は液体の使用を避けること、及び基材
の押し出しをエンボス加工工程と分離することは必須のことがらである。これは
、ガス放出やその他の真空を汚すような影響を及ぼす潜在的可能性を出来るだけ
排除し、押し出しが最高の幅及びウエブ速度で連続生産ラインの外において行な
われることを可能にする。材料のミクロンの寸法の体積のみが、活性化される及
び／又はエンボス加工工程に関与できて、寸法変化、応力、複屈折、及びその他
の歪がもたらす影響、並びに個別のエンボス加工ツール間の境界の割れ目への材
料の進入、に対する潜在的可能性を排除するということは必須のことがらである
。これらの原則は、全ての工程を一つの機械に組み込む、単一の基材を用いる、
及び大量でも素早い切り替えが実現できる個別のエンボス加工ツールを採用する
、という構成の機械を開発するための基本原則である。真空がエンボス加工を行
なうのに用いられるということではなく、真空被覆処理室の環境と両立する方法
の構成を創造することが、本発明の新規の目的であることを強調することは重要
である。米国特許第３，９５７，４１４号で、ブッシー他は、基材とエンボス加
工”スクリーン”との間に真空を用いることを開示したが、基材に圧力を加える
ための気体が存在しない真空室内においては、この手法がうまく働かないであろ
うことは明らかである。

【０００８】ドラム・エンボス加工に固有のもう一つの問題は、ドラムの湾曲した外形に起
因する歪である。テープ又はカード細片の場合のように、ドラムツール上に直接
直線フィーチャの原盤を作ることは容易であるが、ディスク上に見られるような
正確な円形溝を形成するためには、標準ディスク原盤作製記録装置の利用が必須
である。しかし、これはドラムの周囲に巻き付けるツール（スタンパー）を必要
とし、円形溝押型の歪をもたらす。有限な厚さの平板状ツールがドラムに巻き付
けられると、円周方向に外側の面の押型は伸ばされ、内側の押型は短くなる。従
って、円はドラムに巻き付けられたツールの外側で偏長楕円状の押型になる。基
材がツールに巻き付けられ次いで平坦な幾何学的状態に戻る場合は、同様な結果
が生じるが内側のパターンが伸ばされるので、問題は更に増大する。この問題に
対する一つの解は、円形溝押型でなく偏長溝押型を記録する原盤作製機械を用い
てこの影響を予め相殺しておくことであるが、しかしこの手法は、好ましい単一
連続機械において予想される、単一基材のディスク又はカード製造工程の場合に
そうであるように、基材が厚い（０.１ｍｍ又はそれより大）と問題や制限があ
る。

【０００９】本発明の目的は、一回の通過で連続的にエンボス加工し且つ連続基材に被覆す
る、単一統合装置、及び方法を提供することである。

【００１０】本発明のもう一つの目的は、液体又は溶融／流体状態の材料を全く用いない方
式を提供することである。

【００１１】本発明の更にもう一つの目的は、エンボス加工する直前に基材をコンディショ
ニングする工程を提供することであり、ここでコンディショニングする工程は基
材及びスタンパーをエンボス加工パターンの刻印のために準備調製する。

【００１２】本発明の更にもう一つの目的は、エンボシングと被覆を同じ環境下で完成でき
るように、被覆環境と両立するエンボス加工方法を提供することである。

【００１３】本発明のもう一つの目的は、一巻きの基材から出発して、ウエブから切り放す
準備のできているエンボス加工され被覆された一巻きの完成構造物で終わる、中
断されない方法を提供することである。

【００１４】本発明の更にもう一つの目的は、個別のエンボス加工ツールと両立する方法及
び装置を提供することであり、これは高い適応性、多量生産での素早い切り替え
、及び低い製造原価をこの方法に付与する。

【００１５】本発明の更にもう一つの目的は、エンボス加工及び被覆工程の全体がその中で
完成できるような、単一の環境を提供することである。

【００１６】本発明の更にもう一つの目的は、有限の厚さのスタンパーを用いたエンボス加
工ツールがドラム上に搭載された場合に見られる、エンボス加工歪を相殺するこ
とである。関連する目的は、単一の厚い基材上の歪効果に対して同様な相殺手段
を提供することである。

【００１７】（発明の要約）エンボス加工工程が、必要な環境（好ましい実施態様においては真空）室での
被覆工程と、一回通過方法において統合された単一機械連続方式によって、上述
の諸目的は満足される。これは、基材のロール又はシートがエンボス加工され且
つ被覆される、連続した、中断されない方法及び方式に帰着する。

【００１８】この分野における材料科学及び生産能力の大きな基盤に起因して、好ましい実
施態様においては、実用的である限りにおいて、既存の成形材料を対象とするの
が好都合である。成形方法及び材料でより一般的なものの三つは：１）ポリマー
の熱成形（例えばポリカーボネイト）、２）レジストの架橋（光化学材料）、３
）熱硬化性樹脂の硬化、である。しかし、上に述べたように、これらの成形方法
は通常、光ディスク又は光学素子基材を形成するのに、流体又は溶融状態のポリ
マーを用いるが、真空中での使用と両立しない。

【００１９】本発明は、液体を用いないで、好ましい実施態様においては、エンボス加工す
る直前に連続的に基材の表面をコンディショニングすることにより、指向性エネ
ルギー・ビームを有効に用いて "微細成形”するのを助ける。電子、イオン、核
粒子、光子、などの指向性エネルギー・ビームは、イオン化又は直接熱励起放射
の深さ方向定量照射断面輪郭を、材料の浅い断面輪郭の表層部体積に集中させる
という独特の能力を備えている。これらのビームは、真空環境において発生し且
つ伝播することが出来るし、又往々にしてそうでなければならないが、それはエ
ンボス加工された基材に被覆する（真空蒸着、スパッタリング、及び類似法）の
に用いられる環境でもある。静電的、電磁的、屈折的、反射的、及びその他のビ
ームを尖鋭にする技術及び／又はビームを走査する技術の利用は、よく知られて
おり、時期を得た効率的な方法でエネルギー付与を指向性にするための強力な道
具である。ここで開示したエンボス加工を支援する技術は、圧力ロール及び搭載
ドラムの作用で基材とエンボス加工ツールとの間に形成される、噛み合い中又は
近傍に集中された指向性エネルギー・ビームを利用することである。従来の熱及
び圧力によるエンボス加工へのこの支援は、前記噛み合い領域で効果的な成形部
を形成し、成形部の体積及び持続時間が十分に抑制されて、エンボス加工ツール
の面上の刻印は、基材表面に転写され、且つ光学媒体及び同種の素子を大量に低
い労働、間接、及びその他の費用で生産するのに必要な、忠実度と速度が維持さ
れる。基材は、押し出しポリカーボネイトなどの固体エンボス加工可能プラスチ
ック、又は適切なエンボス加工可能層で被覆された機械的ウエブ担体（例えば、
ポリエステル）でありうる。

【００２０】上述の歪みの問題及びエンボス加工用ドラムを使用する従来技術の方法の限界
は、変形工程それ自身（又は、原盤作製工程と協力して）を歪みを相殺するため
に利用するという、本発明の手法において取り除かれた。図２を参照して、最終
的ツール（単独又は複数）（スタンパー）を作製するのに使用される第二世代ツ
ール（"原盤"−Ｍ）は、在来型の電鋳電解槽を用いて作製される。第二世代ツー
ルは、電鋳電解槽の電極Ｅ１上に、エンボス加工ドラムの湾曲半径Ｒ２より明確
に小さい半径Ｒ１を持って搭載される。湾曲した電池内でめっきされたスタンパ
ーは、原盤の湾曲及び／又は幾らか予備相殺しておくことによって、湾曲した面
の外側で幾分偏円の押型模様に形成されるであろう。スタンパーがエンボス加工
ドラムのより緩やかな湾曲半径Ｒ２上で幾分平らにされると、一層偏円の押型模
様を生ずるように変形する。この押型模様が基材に転写され、その後基材が平坦
にされると、結果として円形溝のパターンとなる。この手法は、エンボス加工法
が、この相殺法によって得られる個々のツールと両立することを要求する。

【００２１】本発明の好ましい実施態様においては、単一の機械が、光学媒体及び／又は光
学部品素子のウエブ（本明細書で定義した意味のロール、シート）基材を連続的
に製造する。これの強い経済的影響は、特に複雑な構造（例えば、相変化その他
の多層真空被覆記録媒体）に対して製造費を著しく下げることである。その理由
は、単位あたりの工数が著しく短く、即ち数秒と言うよりは一秒の数分の一に短
縮され、且つ単一機械の使用が、数種の機械と工程を使用する場合の運転及び段
取り時間を削減するからである。更に、運転の削減が、破損及び廃棄率を減少さ
せる。これは、減価償却、労働、その他の費用が数単位をはるかに超えて吸収さ
れることを意味する。更に大きな経済的影響は、単一機械により素早く切り替え
られる大量生産に対する潜在能力が、雑誌や新聞で見られるような時間に敏感な
事柄の伝達を可能にすることである。本発明の更なる利点は、同じウエブ中に同
時に光学媒体と素子（例えば、読取り専用記憶装置及び光学素子）を生産できる
能力であり、本発明によってもたらされるこのような構造物の価値は、従って著
しく高められる。

【００２２】他の目的、特徴、及び利点は、次の好ましい実施態様の添付した図面と協力し
てなされた詳細な説明から、明白であろう。

【００２３】（好ましい実施態様の詳細な説明）図１は、エンボス加工機械／ステーションの一とつの可能な形態の図解である
。ドラム１及び圧力ロール２、３がウエブ（ロール又はシート）基材材料４を閉
じ込めて、複数の他の個別のツール６と同様に先端５がドラムに締め付け又は接
合されたエンボス加工ツールで、噛み合い１１を形成する。ここで "ウエブ”は
、シート、ロール、テープ、及び類似物を含むがそれだけに限定されない、製造
者から配達されたままの基材の巨視的形態と定義する。エネルギー源位置Ａから
基材に直接吸収されるビーム量だけ、又はその代わりにエネルギー源位置Ｂから
基材を貫通して反対側の面にエネルギーを与え得る量だけ、選択した一定エネル
ギー量及び／又は基材の表面処理によって、指向性エネルギーは噛み合い区域に
集中される。エネルギーは、採用されるポリマー成形機構（即ち、熱成形、交差
結合、又は熱硬化）の本性により指示される割合に応じて、基材及びエンボス加
工ツールの表面に導入される。機械全体が真空排気された部屋７の中に入れられ
、その部屋は、被覆用ヘッド８により図示されているような、一般的真空被覆に
用いられるのと同程度の真空度を保持する。エンボス加工前の基材表面の改善は
、真空金属化、イオン注入、染料ポリマー被覆、及び／又はその他の処理が、例
えば塗膜器ヘッド９（単数又は複数）によってなされる。亦、スタンパーツール
の表面は、清浄化、予熱、被覆、又はその他のコンディショニングを、位置１０
のプラズマ・イオン、赤外光子、及びその他の線源からの指向性エネルギーによ
って行なうことが出来る。この部屋は、全工程を入れた大きな単一の容器であっ
ても、又は選択排気、整流装置設置、乃至同様な周知の真空系設計により、工程
の分離が一層良い状態を生み出す場合には、仕切り部屋構造であっても良い。圧
力ロール３は必須のものではなく、基材をドラムに巻き付けることを避けられる
ならば、押型の歪が望ましいことに小さくなるので、必要性がない。

【００２４】好ましい実施態様において、ポリマー成形機構は熱成形であり、指向性エネル
ギーは、いずれも数ミクロンの深さ方向の定量照射断面輪郭を生ずる、赤外光子
又は電子である。それらは大電流フィラメント線源又はレーザから供給される。
実施例は、放物面反射鏡付き線状抵抗フィラメント、陰極線管又はＸ線管で用い
られるものに似た電子銃、炭酸ガスレーザ、などである。ビームは、反射鏡集光
器、静電光学系、円筒型屈折素子、及び多様なその他の周知の技術による素子、
などの多様な周知技術によって噛み合い近傍に導入される。電子の場合の電場
による掃引、又は光子に対して：音響光学ディフレクター(deflectors)、ポリゴ
ン(polygons)、又は検流計も、走査速度が活性成形体積の連続的で均一な深さ方
向の定量照射を保証するのに十分である限り、使用可能である。小さなガウス分
布走査スポットは、容易に監視、整形、及び案内することが出来るという利点を
有する。簡単さという立場からは、噛み合いと交差して引き伸ばされている直線
的に伸びたスポットが望ましく、光子の場合簡単な光学的技術によって形成する
ことが出来る。

【００２５】この実施態様に対する種々の改善を採用されるであろう。例えば、基材の表面
は、吸収及び反射特性を改善するために粗面加工されることがある。加えて、吸
収改善層の共有押し出し成形又は被覆が、基材の押し出しと同時に、又は図１の
エンボス加工室の位置９で真空技術を用いて行なわれる。イオン注入、金属蒸着
、又はポリマー蒸気真空被覆の薄い層は、粗面加工と協力した場合に特に有効で
ある。エンボス加工ツールの表面は、特定の選択したビーム量に対して反射対吸
収の比率を最適化するために、位置１０で被覆したり又は他の処理をしたりする
ことが出来る。記録／読取りが基材を通して行なわれない媒体（例えば、テープ
又は近接場ディスク）の場合には、最上面にエンボス加工可能な薄い被覆を有す
る機械的担体ウエブの表面反射層は、被覆層中の深さ方向に高い定量照射濃度を
生成する。

【００２６】熱成形法を利用する指向性エネルギー・エンボス加工のもう一つの実施態様は
、図１の位置Ｂ（又は代わりに噛み合い・ローラー２の後側）からのように、基
材を貫通して導入されるビームを用いるものである。この場合には、ビーム量は
、基材を貫通して、エンボス加工ツール及び／又はツール表面に隣接した基材面
に、エネルギーを与えることが出来るものでなければならない。荷電粒子はその
エネルギーに対する関係によって特徴づけられる距離範囲を材料中に有している
こと、並びにエネルギーの実質的部分がイオンの場合は距離範囲の終端に与えら
れるので、この手法に対する当然な候補の一つであること、はよく知られている
。亦、近赤外及び可視領域光子は、基材を貫通して、エンボス加工ツールの表面
、又は上で述べた基材上の表面改質層と反応することができる。

【００２７】基材とツールの表面に指向性エネルギーを結合させるのに、かすめ入射線が非
常に大切であること、並びに開示した線源位置が前記入射角を与えるのに必須の
ものであること、に注目することは重要である。小さい入射角は、約その角度の
正弦だけ基材中への定量照射深さが低減される。もし光子が用いられ、且つ方向
が基材を貫通して "臨界角”であれば、内部全反射が起こり、表面への結合は非
常に良好となる。亦開示したビーム・エネルギーの方向を用いて、基材表面とツ
ールの間で定量照射を配分することが出来る。小角入射は、ツールと基材を前方
散乱して離れることになるので、噛み合い中へ深くより多量のエネルギーを伝播
する。加えて、開示した位置のそれぞれに一つづつ、二つの線源を用いることは
いつでも実施可能である。例えば炭酸ガスレーザを位置Ａで用いたとして、近赤
外抵抗フィラメント／放物面反射鏡線源をＢに配置することが出来る。第三の採
否自由なエネルギー源は、スタンパーのこの点における電気抵抗加熱であること
もある。図１の周囲１０の周りに搭載され、ドラム上のツールに向けられた赤外
／放物面反射鏡又はプラズマ・イオン源を用いて、ツールの温度を制御可能な状
態でコンディショニング出来、エネルギーを伝導及び輻射過程により伝達できる
噛み合いの入り口で、ツールはビカー(Vicat)又は熱可塑性軟化温度に近くなる
。噛み合い・ローラーを過ぎた後で、ドラムとツールの裏面との間に搭載された
絶縁体を適切に選ぶことによりツールは急速に冷却される。このことは、噛み合
いに要求される指向性エネルギーを低減させること、並びにツールが経験する温
度サイクル衝撃を制限することによって、エンボス加工工程の助けになる。

【００２８】一般的に、好ましい実施態様において、必要な定量照射深さは０．９ミクロン
或いはそれ未満で、対象となる量(quanta)の範囲は数ミクロンの程度であり、最
適な効果を与えるかすめ入射線角は１０から２０度の近傍である。

【００２９】前に述べたように、開示したエンボス加工技術はのもう一つの実施態様は、粘
性又はチキソトロピー性流動特性を有する１００％固体材料であり、真空中で基
材上にグラビアやスロット・ヘッド塗膜の様な周知の方法で被覆できる、熱可塑
性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を用いて機能する。熱成形プラスチックでエンボ
ス加工を達成するための上で説明した技術は、熱硬化性樹脂でも機能する。

【００３０】更にもう一つの実施態様は、モノマー及び共ポリマー前駆体を架橋するか又は
重合させるために、荷電粒子及び紫外光子など特定の指向性エネルギービームの
イオン化特性を採用している。米国特許番号第４，９５４，３７１号のイアリジ
ス(Yializis)、米国特許番号第５，７２５，９０９号のショー、他、及びその他
は、これらの材料を真空気相蒸着及び被覆し、これらを上で述べた位置９で真空
微細エンボス加工に合体させることを可能にする方法を開示している。米国特許
番号第４，２９４，７８２号のフレーリッヒ(Froehlig)は、これらの材料の液体
成形法を教示しているが、開示された方法は、真空中で噛み合いにエネルギーを
指向導入することよりも、使用する放射線に対し透明な金型の使用を教示してい
るので、この手法は標準的電鋳ツール及び単一合体機械を使用することと両立し
ない。

【００３１】熱硬化又は熱成形の場合は、刻印及び固定機構は異なった方法での加熱に依存
しており、幾らか異なった幾何学的寸法及び釣り合いが要求される。熱成形は、
基材の表面が材料が軟化するのに十分なエネルギーを受け取って、エンボス加工
ツールの刻印を受け入れることを必要とするが、フィーチャの急速な固定は、基
材の巨視的部分は冷えた状態にとどまり、熱が基材の巨視的部分に拡散するにつ
れてエンボシングが急速に適切なところで凝固することを必要とする。ツールに
入った指向性エネルギーは、噛み合いの接触点にエネルギーを伝導すること、及
び同時に噛み合いを横切るエネルギー分布をより均一にすることで、この方法の
助けになる。噛み合い圧力は十分に大きくて且つ均一であることが必要で、熱的
無駄時間(loss time)は、成形の助けになるのには十分に長いが、フィーチャを
急速に固定するのには十分短くすることが出来るように、ツールはドラムから絶
縁されていなければならない。熱硬化は軟化を必要としないので、エネルギー定
量照射はエンボス加工ツールに向けられるべきである。実際に、樹脂がエンボス
加工ツールに出会うまで樹脂を定量照射するのを避けることが大切である、さも
ないとツールからの刻印を受け付けないで硬化することがある。熱硬化樹脂では
、ドラム上の滞在時間を十分な硬化を保証するために引き伸ばす必要があるかも
知れないが、一方熱成形ではこの時間を最短に保ち処理量を増加し歪を減らすこ
とが望ましい。交差結合では同様に、エンボス加工ツールと噛み合いが嵌合する
までエネルギー・ビームを基材の活性表面から離しておくことが望ましい。電子
のような荷電粒子では、ビームがツールに適切なかすめ角で当たると、イオン化
を増大するのに利用できる二次電子やＸ−線の形での改善要素が追加される。基
材の活性被覆は適切に遮蔽されねばならないが、一次ビームの入射が正しく選択
されれば、遮蔽は二次放射変換器になりうる。

【００３２】ここで開示した連続的直線エンボス加工ドラム法において遭遇する、厚いウエ
ブの歪を相殺するための好ましい実施態様は、相殺するために変形過程そのもの
（又は原盤作製と協力して）を利用することである。この手法は、図２に示され
ている。最終エンボス加工ツール（”スタンパー”）を形成するために使用され
る第二世代ツール（”原盤”−Ｍ）は、標準的平板電鋳電解槽で作製される。第
二世代ツールは、エンボス加工ドラムの半径Ｒ２より著しく小さい湾曲半径Ｒ１
を有する、電鋳電解槽内の湾曲した電極Ｅ１に搭載される。直径Ｄ（両頭矢印で
示されている）を有する原盤表面のディスク模様は、標準的原盤作製技術で作製
される。電極に馴染むように湾曲させられると、両頭矢印の寸法は長さＤ−ｄに
歪む。湾曲した電解槽内でめっきされたスタンパーは、電解槽の湾曲した幾何学
的寸法に合わせて湾曲した原盤に対向してめっきされるために、湾曲した表面の
外側で偏円の円形パターンを伴って形成される。スタンパーがエンボス加工ドラ
ムのより緩やかな湾曲半径上で幾分平坦にされると、両頭矢印寸法Ｄ−ｄ−ｃは
、更に偏円のパターンを生ずるが、ここでドラムに巻き付けることで追加された
歪は寸法ｃで表わされる。このパターンは基材ウエブ（Ｗ）に転写されて、次い
で示したように平坦にされる（ドラムを離脱して）と、両頭矢印の長さＤ−ｄ−
ｃ＋ｅの溝模様直径となる。ここでｅは、厚い基材が平坦な幾何学的状態に戻る
ときに生ずる、偏長の伸びである。最後の直径が図に示すようにＤで終わること
を望むときは、Ｄ−ｄ−ｃ＋ｅ＝Ｄ又はｄ＋ｃ＝ｅと成るようにコンディショニ
ングしなければならない。これはＲ２／Ｒ１の値及びｍとｓの厚さを計算するこ
とで得られ、偏長の歪ｅを相殺する偏円の歪の合計ｄ＋ｃを生ずる。

【００３３】薄い基材が用いられ、ウエブを平坦にすることでほとんど影響がない場合は、
電鋳電解槽がエンボス加工ドラムと同等かそれより大きい半径を有することが実
際に必要となろう（即ち、ｃは負の値を持つ必要があるかも知れない）。

【００３４】明らかなように、上述の手法は、ここで述べた方法で製造され且つ相殺される
ことが出来る個別のエンボス加工ツールを用いてのみ機能するものであり、エン
ボス加工工程がこの相殺方法によって得られる個々のツールと両立するものであ
ることを必要とする。

【００３５】当業者にとっては今や、他の実施態様、改良、細部、及び実施が上述の開示の
文字及び精神と両立することが出来、且つ本特許の範囲内にあり得ること、本特
許は以下の特許請求項によってのみ限定され、均等法を含めて特許法に従って解
釈されることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】真空被覆ステーションを備えている真空室内に組み込まれた主要構成要素を示
し、且つ隣接室への通路を示しており、隣接室は開示した連続単一機械構成の別
の被覆ステーション及び巻き取り又は保護被覆材用の部品を備えていることがあ
る。

【図２】エンボス加工ツールの歪修正工程の図である。湾曲した電鋳電解質内でのスタ
ンパーの電鋳、並びにその後のエンボス加工ドラム上での一部平坦化が、エンボ
ス加工ツール及びエンボス加工された基材表面の浮彫模様の歪を、相殺修正する
ことを示めす。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｆターム(参考） 2H049 AA07 AA13 AA39 AA43 AA55 CA05 CA11 CA28 2K008 AA04 AA15 BB05 GG05 4F209 AH73 PA03 PB02 PC05 PN06 PN07 PQ20 PW43 5D121 DD06 DD13 DD17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の工程から成る、連続状フィルム基材から光学記憶媒体
及び／又は光学素子を製造する連続的方法。（Ａ）局所環境を排気すること。（Ｂ）前記局所環境内で、前記基材のエンボス加工を行なうこと。（Ｃ）前記局所環境内で、エンボス加工された前記基材に被覆処理を行なうこ
と。
【請求項２】前記エンボス加工工程が、読取り専用記憶媒体の形成と、ホ
ログラム素子の形成工程とから成る、請求項１に記載の連続的方法。
【請求項３】前記エンボス加工工程が下記工程から成る、請求項１に記載
の連続的方法。（ａ）エンボス加工ツールの第一の部分に沿って前記基材を密着させること。（ｂ）前記ツール全体が前記基材を刻印し終わるまで、真っ直ぐにウェブを渡
して行く態様で、前記基材と前記ツールとの接触を続けること。（ｃ）接触点又はその直前で、前記基材のその部分のコンディショニングを行
なうこと。
【請求項４】前記コンディショニングが、エネルギーを前記表面に指向導
入することにより、基材に浅い深さで定量照射する工程から成る、請求項３に記
載の方法。
【請求項５】前記エネルギーを指向導入する工程が、電子、イオン、核粒
子、光子、又は電磁スペクトルの適切部分、から成る群より選択されるビームの
指向導入を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】真空室、並びに前記真空室内の、基材にエンボス加工する手
段、及びエンボス加工された基材を被覆する手段、から成る、連続状基材から光
学記憶媒体及び光学素子を製造する装置。
【請求項７】前記エンボス加工する手段が、読取り専用光学記憶媒体を形
成する手段、及びホログラム又はバイナリ回折光学素子を形成する手段、から成
る、請求項６に記載の装置。
【請求項８】以下の工程から成る、連続状基材から光学記憶媒体及び／又
は光学素子を製造する連続的方法。（Ａ）エンボス加工ツールの第一の部分に沿って前記基材を密着させること。（Ｂ）前記ツール全体が前記基材を刻印し終わるまで、真っ直ぐにウェブを渡
して行く態様で、前記基材と前記ツールとの接触を続けること。（Ｃ）接触点又はその直前で、前記基材のその部分のコンディショニングを行
なうこと。
【請求項９】前記連続的方法を真空室内において行なうこと、かつ、引き
続いて、エンボス加工された表面を真空中で被覆することから更に成る、請求項
８に記載の方法。
【請求項１０】前記コンディショニングが、エネルギーを前記表面に指向
導入することにより、基材に浅い深さで定量照射する工程から成る、請求項９に
記載の方法。
【請求項１１】指向性エネルギー源及びエンボス加工ドラムを真空室の外
部へ配置する工程を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】前記エネルギーを指向導入する工程が、電子、イオン、核
粒子、光子、電磁スペクトルの適切部分、から成る群より選ばれたビームの指向
導入を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】前記コンディショニングが、前記基材に接触しているツー
ルのその部分の直前でツールのその部分にエネルギーを指向導入することによっ
て、エンボス加工ツールを定量照射する工程、から成る、請求項８に記載の方法
。
【請求項１４】前記基材表面が熱成形可能ポリマー材料から成り、かつ、
前記コンディショニングの工程が、前記材料を熱成形させるビームで照射する工
程から成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】前記基材表面がモノマー材料又は共重合体材料から成り、
かつ、前記コンディショニングの工程が、前記材料を架橋させるビームで照射す
る工程から成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】前記基材表面が熱硬化性樹脂材料から成り、かつ、前記コ
ンディショニングの工程が、前記材料を熱硬化させるビームで照射する工程から
成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】前記の密着させる工程が下記工程から成る、請求項８に記
載の方法。（ａ）第一の回転ドラムへ、エンボス加工ツールが特定の位置に戻るようにエ
ンボス加工ツールを取り付けること。（ｂ）巻いた状態から解いた前記基材を第二の回転ロールに導入して接触せし
めること。（ｃ）実質的に特定の位置で、ロールとドラムとの間の噛み合いによって、前
記基材を前記第一の回転ドラムに押付けること、前記の押付けることは、エンボ
ス加工ツール上の押型によって基材に刻印を生ぜしめる。
【請求項１８】密着して行なう前記エンボス加工工程を容易にするために
、エンボス加工ツールを予備加熱する工程を更に含む、請求項８に記載の方法。又は、同一ロール又はシート上のバイナリ回折素子。
【請求項１９】更に以下の工程を含む、請求項８に記載の方法。（Ｄ）エンボス加工された区域が安定化するまで待つこと。（Ｅ）エンボス加工された区域に被覆物を堆積させること。（Ｆ）被覆済みのエンボス加工された区域を、化学的、機械的に密封するため
にポリマーを塗布すること。
【請求項２０】請求項１又は２、又は３、又は４、又は５、または８乃至
１９によって生産された、エンボス加工された基材生産物。
【請求項２１】以下から成る、連続状の基材をエンボス加工することを利
用して光学記憶媒体及び／又は光学素子を製造する連続的方法を実行する装置。（Ａ）エンボス加工ツールの第一の部分に沿って前記基材を密着させる手段。（Ｂ）前記ツール全体が前記フィルムに刻印し終わるまで、真っ直ぐにウェブ
を渡して行く態様で、前記基材と前記ツールとを接触し続ける手段。（Ｃ）前記ツールに接触している基材のその部分の直前で、基材のその部分の
コンディショニングを行なう手段。（Ｄ）第一の回転ドラムへ、エンボス加工ツールが特定の位置に戻るようにエ
ンボス加工ツールを取り付ける手段。（Ｅ）巻いた状態から解いた前記基材を第二の回転ロールに導入して接触せし
める手段。（Ｆ）実質的に特定の位置で、ロールとドラムの間に基材を挟んで、第二のロ
ールを第一の回転ドラムに押付ける手段。前記押付けは、エンボス加工ツール上
の押型によって基材に刻印を生ぜしめる。
【請求項２２】基材上のエンボス加工パターンにおける、エンボス加工ド
ラム湾曲歪みを補正する、以下から成る方法。（Ａ）エンボス加工ドラム上に巻かれるエンボス加工パターンの歪みを計算す
ること。（Ｂ）補正曲線を計算すること。（Ｃ）補正されたエンボス加工ツールが実質的に基材のエンボス加工パターン
の歪みを相殺するように、前記補正曲線を用いてエンボス加工ツールを形成する
こと。
【請求項２３】エンボス加工ツールを形成する工程が以下の工程から成る
、請求項２２に記載の方法。（ａ）湾曲した電極内部でエンボス加工ツールを電鋳して、前記エンボス加工
ツールを予め歪ませておくこと。（ｂ）前記エンボス加工ツールをエンボス加工ドラムに配置すること、ここで
エンボス加工ツールを予め歪ませておくことは、エンボス加工歪みを相殺するよ
う作用する。
【請求項２４】前記基材が少なくとも０．１ｍｍの厚さの厚い単葉ウエブ
であり、かつ更に以下の工程を含む、請求項２１に記載の方法。（Ｇ）半径Ｒ１を規定する電鋳電解槽中で、エンボス加工ツールを形成するこ
と。（Ｈ）前記エンボス加工ツールを前記第一の回転ドラムに搭載し且つ形状を一
致させること、前記回転ドラムは第二の半径Ｒ２を規定し、Ｒ２はＲ１以上の大
きさである。
【請求項２５】前記基材が０．１ｍｍ未満の厚さの薄い単葉ウエブであり
、かつ更に以下の工程を含む、請求項２１に記載の方法。（Ｇ）半径Ｒ１を規定する電鋳電解槽中で、エンボス加工ツールを形成するこ
と。（Ｈ）前記エンボス加工ツールを前記第一の回転ドラムに搭載し且つ形状を一
致させること；前記回転ドラムは第二の半径Ｒ２を規定し、Ｒ１はＲ２以上の大
きさである。
【請求項２６】光学機能性金属、半導体、誘電体、染料、ポリマー、及び
その他の材料に加えて機械的保護層を被覆された、単一基材表面上の微細エンボ
ス加工の屈折又は回折レリーフ表面から成り、前記微細エンボス加工と表面被覆
とが完全に真空中で実施される、光学媒体及び光学素子ウエブ構造物。
【請求項２７】前記光学媒体及び光学素子が、光学メモリー・ディスク、
カード、テープ、及びホログラフィーから成る、請求項２６で規定された光学媒
体及び光学素子ウエブ構造物