JP2006028603A - Mold for molding, mold for molding optical disk substrate, metallic shaft, metallic bearing, and compound metallic material, and method for manufacturing compound metallic material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面の摩擦係数が小さく、潤滑性に優れた、金属軸、金属軸受、移動台、ローラ、金型等に使用する複合金属材料、この製造方法、及び光ディスク用成型金型に関するものである。 The present invention relates to a composite metal material used for a metal shaft, a metal bearing, a moving table, a roller, a mold and the like having a small surface friction coefficient and excellent lubricity, a method for manufacturing the same, and a molding die for an optical disc It is.
従来では、金属表面にフラーレンを塗布することにより表面の特性を向上させる方法としては、ディッピング法、スプレー法、ラッピング法などが知られている。このような方法の場合、フラーレンは金属の表面に付着しているだけなので、フラーレンは金属表面から剥がれる可能性があることが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特許文献１では、金属の表面にフラーレンの被膜を形成し、金属表面を低摩擦化することが開示されている。特許文献２では、ダイヤモンド微粒子を含む金属を電解メッキにより金属表面に形成し、金属表面を低摩擦化することが開示されている。
しかしながら、特許文献１において、金属の表面にフラーレンをディッピング法、スプレー法、ラッピング法などにより塗布している。このような方法の場合、フラーレンは金属の表面に付着しているだけなので、フラーレンは金属表面から剥がれる可能性がある。
軸受や金型の低摩擦化のためフラーレンを金属表面に被膜する場合、フラーレンを被膜した初期の性能は良いが、経年変化でフラーレンが剥がれてくると初期の性能より低下してしまうという問題がある。
特許文献１においても４フッ化エチレン樹脂よりも耐久性が良いという記述があるが、耐久性が良いと言っても半永久的に使用できるわけではない。特許文献１の発明は耐久性の面で問題がある。
特許文献２において、ダイヤモンド微粒子を共析させた金属を金属表面に電解メッキさせ、金属表面の低摩擦化を図っている。特許文献２においてダイヤモンド微粒子径は１〜１０ｎｍとしているが、３〜１５ｎｍという報告もある。いずれにしても径に分布、ばらつきがある。
径の分布にばらつきがあるので、表面にある程度の凹凸が発生し、凸部分で接触することになり、凸部分に力が集中し、凸部分のダイヤモンド微粒子が破断されるという問題がある。低摩擦化のため軸受や移動台といった摺動、摩擦を受ける部分に使用した場合、破断されたダイヤモンド微粒子が飛散し問題となる。
また、径がある程度大きさを有することも問題となる。光ディスク成型用金型において、離型性を良くするため特許文献２の方法で金型表面にダイヤモンド微粒子を共析させた金属を被膜するとき問題となる。
現状のＣＤ或いはＤＶＤといった形状では問題とならないが、今後高密度化が進むと１００ｎｍ以下のパターンとなってくる。この場合、金型表面にダイヤモンド微粒子の径とパターンサイズが同程度になるので、ダイヤモンド微粒子の径サイズがパターンサイズ変動の要因となり、パターンサイズ変動は光ディスクにおいて再生信号の変動原因となるので問題である。
However, in
When fullerene is coated on the metal surface to reduce the friction of bearings and molds, the initial performance with fullerene coating is good, but if fullerene peels off due to secular change, the initial performance will deteriorate. is there.
In
In
Since the diameter distribution varies, there is a problem that a certain degree of unevenness is generated on the surface and contact is made at the convex part, and the force concentrates on the convex part and the diamond fine particles at the convex part are broken. When it is used for sliding or frictional parts such as a bearing or a moving table to reduce friction, the broken diamond particles are scattered and become a problem.
Another problem is that the diameter has a certain size. In an optical disk molding die, there is a problem when a metal on which the diamond fine particles are co-deposited is coated on the die surface by the method of
The current shape of CD or DVD is not a problem, but if the density increases in the future, the pattern will be 100 nm or less. In this case, since the diameter of the diamond fine particle and the pattern size are approximately the same on the mold surface, the diameter size of the diamond fine particle causes the pattern size fluctuation, and the pattern size fluctuation causes the fluctuation of the reproduction signal in the optical disc. is there.
そこで、本発明の第１の目的は、上述した実情を考慮して、表面の摩擦係数が小さく、耐久性に優れた複合金属材料を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、離型性の優れた成型用金型、とくに離型性に優れ、パターンサイズ変動の小さい光ディスク基板成型用金型を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、接触して可動する部分の摩擦が小さく、耐久性の優れた金属軸及び金属軸受を提供することにある。
さらに、本発明の第４の目的は、複合金属材料の製造方法及びフラーレン或いはフラーレン誘導体が分散されているめっき液において、フラーレン或いはフラーレン誘導体を凝集させず、フラーレン或いはフラーレン誘導体を型の表面に均一に付着させる複合金属材料の製造方法を提供することにある。
In view of the above, the first object of the present invention is to provide a composite metal material having a small surface friction coefficient and excellent durability.
A second object of the present invention is to provide a molding die having excellent releasability, particularly an optical disc substrate molding die having excellent releasability and small variation in pattern size.
A third object of the present invention is to provide a metal shaft and a metal bearing that have low durability and excellent durability at a portion that moves when in contact.
A fourth object of the present invention is to provide a method for producing a composite metal material and a plating solution in which fullerenes or fullerene derivatives are dispersed, so that the fullerenes or fullerene derivatives are not uniformly aggregated on the surface of the mold. Another object of the present invention is to provide a method for producing a composite metal material to be adhered to a metal.
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、表面がフラーレン或いはフラーレン誘導体を含む金属で構成される複合金属材料を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、フラーレン或いはフラーレン誘導体を含有する金属と含有していない金属からなり、前記フラーレン或いはフラーレン誘導体を含有する金属において、前記フラーレン或いはフラーレン誘導体の含有量が厚み方向に連続的に変化し、２つの金属の界面付近でフラーレン或いはフラーレン誘導体の含有量が少なく、前記フラーレン或いはフラーレン誘導体を含有する金属の界面付近で前記フラーレン或いはフラーレン誘導体の含有量が多い複合金属材料を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の複合金属材料からなる成型用金型を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２記載の複合金属材料からなる光ディスク基板成型用金型を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２記載の複合金属材料からなる金属軸又は金属軸受を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１又は２記載の複合金属材料からなる金属軸受を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記フラーレン或いはフラーレン誘導体の含有量が厚み方向に連続的に変化し、２つの金属の界面付近でフラーレン或いはフラーレン誘導体の含有量が少なく、前記フラーレン或いはフラーレン誘導体を含有する金属の界面付近で前記フラーレン或いはフラーレン誘導体の含有量が多い複合金属材料を製造する複合金属材料の製造方法において、金属の表面にフラーレン或いはフラーレン誘導体を共析させた複合メッキを行い、フラーレンの含有量を次第に大きくして複合メッキを行う複合金属材料の製造方法を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１又は２記載の複合金属材料を製造する複合金属材料の製造方法において、所定の形状を成している基板上にフラーレン或いはフラーレン誘導体を共析させた複合メッキを行い、フラーレンの含有量を次第に小さくし、金属のみのメッキを行い、前記基板からフラーレンを含む金属を剥離する複合金属材料の製造方法を特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in
The invention according to
The invention according to
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical disk substrate molding die comprising the composite metal material according to the first or second aspect.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a metal shaft or a metal bearing made of the composite metal material according to the first or second aspect.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a metal bearing comprising the composite metal material according to the first or second aspect.
In the invention according to
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a composite metal material according to the first or second aspect, wherein a fullerene or a fullerene derivative is co-deposited on a substrate having a predetermined shape. It is characterized by a method for producing a composite metal material in which the composite plating is performed, the fullerene content is gradually reduced, the metal only is plated, and the metal containing fullerene is peeled off from the substrate.
また、請求項９に記載の発明は、請求項１又は２記載の複合金属材料を製造する複合金属材料の製造方法において、所定の形状を成している基板上にフラーレン或いはフラーレン誘導体を均一に付着させ、前記フラーレン或いはフラーレン誘導体が付着した前記基板上にメッキで金属を形成し、前記基板からフラーレンを含む金属を剥離する複合金属材料の製造方法を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、毛細管状の２つの流路が１つの流路に収束するような構造のマイクロ流路を用いるフラーレン或いはフラーレン誘導体の分散方法において、片方のマイクロ流路にフラーレン或いはフラーレン誘導体を含む液を注入し、他の片方のマイクロ流路にフラーレン或いはフラーレン誘導体を含まない液を注入し、前記マイクロ流路の出口からフラーレン或いはフラーレン誘導体を含む液を抽出するフラーレン或いはフラーレン誘導体の分散方法を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、超音波振動させながら前記マイクロ流路の出口から前記フラーレン或いはフラーレン誘導体を含む液を抽出する請求項１０記載のフラーレン或いはフラーレン誘導体の分散方法を特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は１１の方法を用いてメッキ液にフラーレン或いはフラーレン誘導体を分散させ、前記フラーレン或いはフラーレン誘導体が分散しているメッキ液をメッキ槽で循環させ、メッキ液を超音波振動させ、請求項７又は８に記載されているメッキを行う複合金属材料の製造方法を特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、前記フラーレン或いはフラーレン誘導体が溶解している液をスピンコート方式或いはスプレー方式により所定の形状を成している基板上に均一に付着させる請求項９記載の複合金属材料の製造方法を特徴とする。
The invention according to
The invention according to
The invention according to claim 11 is characterized by the method for dispersing fullerene or fullerene derivative according to
The invention according to
In the invention described in
本発明によれば、金属の表面がフラーレン或いはフラーレン誘導体を含む金属層で被膜されているので、フラーレン或いはフラーレン誘導体が潤滑剤となり、表面の低摩擦化の効果が得られる。
また、フラーレン或いはフラーレン誘導体が金属内に内包されているので、フラーレン或いはフラーレン誘導体が飛散することなく、周辺を汚染することを防止することができる。さらに、フラーレン或いはフラーレン誘導体を使用しているので、径が０．７ｎｍ程度と小さく、表面の形状変動を小さくすることができる。
According to the present invention, since the metal surface is coated with the metal layer containing fullerene or fullerene derivative, the fullerene or fullerene derivative becomes a lubricant, and the effect of reducing the friction of the surface can be obtained.
Further, since fullerene or fullerene derivative is encapsulated in the metal, it is possible to prevent the fullerene or fullerene derivative from being contaminated without being scattered. Further, since fullerene or fullerene derivative is used, the diameter is as small as about 0.7 nm, and the surface shape fluctuation can be reduced.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明におけるパターン変動の概略図である。図２は比較のために示す特許文献１におけるパターン変動の概略図である。
図１において、金属の表面がフラーレン或いはフラーレン誘導体を含む金属で構成されているので、フラーレン或いはフラーレン誘導体が潤滑剤となり、表面の低摩擦化を図れる。図２に示す特許文献１のようにフラーレンが付着している場合と比較して、フラーレンが金属内に内包されているので、フラーレンが飛散することがない。
特許文献２では、ダイヤモンド微粒子の径が１〜１０ｎｍ或いは３〜１５ｎｍと、ばらつきがある。それと比較して、フラーレンの場合には径が０．７ｎｍと均一である。フラーレン誘導体の場合も同等のサイズである。
したがって、フラーレンの径が均一なので、フラーレンの存在によって形成される凹凸が一定となり、大きい凸部分のみに力が集中することがない。また、図２に示すダイヤモンド微粒子よりも径サイズが１桁小さいので、１００ｎｍ程度のパターンに変動を与えることがない。つまり、将来ＣＤ或いはＤＶＤの高密度化が進行して１００ｎｍ以下のパターンとなってきた場合に対応した光ディスク基板成型用金型を製作することができる。
ここで、フラーレンは化学式でＣ６０である。フラーレン誘導体はＣ７０、Ｃ６０Ｈ６０といったものや、Ｃ６０ＨＢｒ、Ｃ６０Ｈ（ＯＨ）といったものがある。
図３は金属上にフラーレン或いはフラーレン誘導体を含む金属膜が形成された複合金属材料を示す概略断面図である。図３では、金属１上にフラーレン或いはフラーレン誘導体３を含む金属膜２が形成されていて、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の分布は金属膜２の厚み方向に対し均一である。
したがって、金属１と金属膜２の界面にもフラーレン或いはフラーレン誘導体３が分布している。フラーレン或いはフラーレン誘導体３は、前述したように、表面を低摩擦化する効果がある。
このことは、金属１と金属膜２の界面にもフラーレン或いはフラーレン誘導体３が分布していることにより、金属１と金属膜２の密着性が弱くなることに繋がる。したがって、図３のような構成の複合金属材料Ａにおいて金属１と金属膜２の剥離が発生し、耐久性の面で問題となる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of pattern variation in the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of pattern variation in
In FIG. 1, the metal surface is composed of a metal containing fullerene or a fullerene derivative. Therefore, the fullerene or fullerene derivative serves as a lubricant, and the surface friction can be reduced. Compared with the case where fullerene is adhered as in
In
Therefore, since the fullerene diameter is uniform, the unevenness formed by the presence of fullerene is constant, and the force does not concentrate only on the large convex portion. Further, since the diameter size is smaller by one digit than that of the diamond fine particles shown in FIG. 2, the pattern of about 100 nm is not changed. That is, it is possible to manufacture a mold for molding an optical disk substrate corresponding to a case where a pattern of 100 nm or less is developed in the future as the density of a CD or DVD increases.
Here, fullerene is C60 in chemical formula. Fullerene derivatives include C70 and C60H60, and C60HBr and C60H (OH).
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a composite metal material in which a metal film containing fullerene or a fullerene derivative is formed on a metal. In FIG. 3, a
Therefore, fullerene or
This leads to weak adhesion between the
図４は金属上にフラーレン或いはフラーレン誘導体を含む金属膜が形成された、請求項２に記載の複合金属材料を示す概略断面図である。図４に示すように、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の分布は金属膜２の厚み方向に対し不均一である。
そして金属１と金属膜２の界面付近ではフラーレン或いはフラーレン誘導体３が少なくなっている。このような構成にすることにより、金属１と金属膜２の密着性が低下することなく、耐久性も悪くならない。
本発明によれば、成型用金型が上述した複合金属材料Ａで構成されているので、成型時の離型性に優れた成型用金型となる。また、光ディスク基板成型用金型が上述した複合金属材料Ａで構成されているので、成型時の離型性に優れ、さらに光ディスクパターンの変動が小さい成型用金型となる。
図５は本発明による複合金属材料で構成されている金属軸を示す部分斜視図である。金属軸４、及び図示しない金属軸受が上述した複合金属材料Ａで構成されている。そのため、可動部分の滑りが良く、さらに耐久性の優れた金属軸４、金属軸受となる。
図６（ａ）はフラーレン或いはフラーレン誘導体が分散されているメッキ液で複合メッキを行なった金属を示す部分斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の円部分を示す拡大断面図である。
金属軸４の表面に金属の電解メッキにより金属膜２を形成するときに、フラーレン或いはフラーレン誘導体３が分散されているメッキ液で複合メッキを行う。このとき、金属表面にメッキする初期の状態では、金属のみのメッキを行い、次第にフラーレン或いはフラーレン誘導体３の濃度の高いメッキ液で電解メッキを行うので、上述した（請求項２の）複合金属材料Ａを得ることができる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a composite metal material according to
In the vicinity of the interface between the
According to the present invention, since the molding die is composed of the composite metal material A described above, the molding die is excellent in releasability during molding. Further, since the optical disk substrate molding die is made of the composite metal material A described above, the molding die is excellent in releasability at the time of molding, and further, the fluctuation of the optical disk pattern is small.
FIG. 5 is a partial perspective view showing a metal shaft made of a composite metal material according to the present invention. The
FIG. 6A is a partial perspective view showing a metal subjected to composite plating with a plating solution in which fullerene or fullerene derivatives are dispersed. FIG.6 (b) is an expanded sectional view which shows the circular part of Fig.6 (a).
When the
図５の金属軸４の表面に上記のような方法でフラーレン或いはフラーレン誘導体３が含まれる金属層を形成すると図６（ａ）のようになる。断面を拡大したのが図６（ｂ）で、金属軸４と電解メッキによる金属層の界面付近ではフラーレン或いはフラーレン誘導体３が少なくなっている。
上記の説明において電解メッキで説明しているが、無電解メッキでも良く、上記の説明に捉われるものではない。
金型の表面に無電解メッキで金属を析出させるときにフラーレン或いはフラーレン誘導体３が分散されたメッキ液で複合メッキを行い、これにより形成された無電解メッキ膜５を電極として金属の電解メッキを行い、前記型と無電解メッキによる金属膜６との界面で剥離を行なう。
このとき、前記型の表面に無電解メッキする初期の状態では、フラーレン或いはフラーレン誘導体３が分散されたメッキ液で複合メッキを行い、次第にフラーレン或いはフラーレン誘導体３の濃度の低いメッキ液で複合メッキを行う。
これにより形成された無電解メッキ膜５を電極として金属の電解メッキを行い、前記型と無電解メッキによる金属膜６との界面で剥離を行い、上述した複合金属材料Ａを得ることができる。
When a metal layer containing the fullerene or
In the above description, the explanation is based on electrolytic plating. However, electroless plating may be used, and is not limited to the above description.
When metal is deposited on the surface of the mold by electroless plating, composite plating is performed with a plating solution in which fullerene or
At this time, in the initial state of electroless plating on the surface of the mold, composite plating is performed with a plating solution in which fullerene or
Electrolytic plating of metal is performed using the
図７は光ディスク成型用金型の第１の実施の形態を無電解メッキ後の状態で示す断面図である。図７の光ディスク成型用金型はガラス基板７にレジストパターン１３が形成された型から転写されている。
図８は図７の光ディスク成型用金型の第１の実施の形態を電解メッキ後の状態で示す断面図である。図９は図７の光ディスク成型用金型の第１の実施の形態を剥離後の状態で示す断面図である。
上記の説明においては無電解メッキ後に電解メッキする手順で説明しているが、型の性質などにより電解メッキだけでもよく、上記の説明に捉われるものではない。電解メッキだけで行う場合は、請求項１による複合金属材料Ａとなる。
導電性を有していない型の表面にフラーレン或いはフラーレン誘導体３を均一に付着させ、無電解メッキで金属膜を形成し、これにより形成された無電解メッキ膜を電極として金属の電解メッキを行い、前記型と無電解メッキによる金属膜との界面で剥離を行い、請求項２記載のごとき複合金属材料Ａを得ることができる。
図１０は光ディスク成型用金型の第２の実施の形態をフラーレン付着後の状態で示す断面図である。図１１は図１０の光ディスク成型用金型の第２の実施の形態を無電解メッキ後の状態で示す断面図である。
図１２は図１０の光ディスク成型用金型の第２の実施の形態を電解メッキ後の状態で示す断面図である。図１３は図１０の光ディスク成型用金型の第２の実施の形態を剥離後の状態で示す断面図である。
図１０ないし図１２に示す第２の実施の形態の光ディスク成型用金型はパターンが形成されたガラス基板７の型から転写されている。上記の説明において無電解メッキ後に電解メッキで説明しているが、型の性質などにより電解メッキだけでもよく、上記の説明に捉われるものではない。電解メッキだけで行う場合は、請求項１記載のごとき複合金属材料Ａとなる。
FIG. 7 is a sectional view showing the first embodiment of the optical disk molding die in a state after electroless plating. 7 is transferred from a mold in which a resist
FIG. 8 is a sectional view showing the first embodiment of the optical disk molding die in FIG. 7 in a state after electrolytic plating. FIG. 9 is a sectional view showing the first embodiment of the optical disk molding die of FIG. 7 in a state after peeling.
In the above description, the procedure of electroplating after electroless plating is described. However, only electroplating may be used depending on the properties of the mold, and the above description is not limited. In the case of performing only by electrolytic plating, the composite metal material A according to
Fullerene or
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the optical disk molding die after fullerene adhesion. FIG. 11 is a sectional view showing a second embodiment of the optical disk molding die shown in FIG. 10 in a state after electroless plating.
FIG. 12 is a sectional view showing the second embodiment of the optical disk molding die of FIG. 10 in a state after electrolytic plating. FIG. 13 is a cross-sectional view showing the second embodiment of the optical disk molding die of FIG. 10 in a state after peeling.
The optical disk molding die of the second embodiment shown in FIGS. 10 to 12 is transferred from the mold of the
図１４は毛細管状の２つの流路が１つの流路に収束するような二又構造のマイクロ流路を示す概略図である。水或いはアルコールにフラーレン或いはフラーレン誘導体３を入れ、超音波で拡散させるなどして、ある程度分散させた溶液を用意する。
図１４に示したマイクロ流路８の片方の分岐路８ｂに前記で用意した溶液を注入し、他の片方の分岐路８ａに水或いはアルコールを注入する。図１４のマイクロ流路８の幅は、０．５μｍ〜１００μｍ程度である。
マイクロ流路８の幅が狭いので、合流点の液の層流の大きさも小さくなる。したがって、微小な層流が発生するため、２つの流路の合流点で効率良く液が混合する。
このとき、フラーレン凝集体に微小な層流による力が作用し、凝集体が分解し、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の単体が分散した液となる。上記の説明において、水或いはアルコールで説明したが、上記の説明に捉われるものではない。
図１５は毛細管状の２つの流路が１つの流路に収束するような二又構造のマイクロ流路の他の実施の形態を示す概略図である。液の混合作用によりフラーレン或いはフラーレン誘導体３の凝集体を分散させている。図１５では、マイクロ流路８の外部に超音波振動子９ａ、９ｂを設けている。
超音波振動子を用いて混合している部分を超音波振動させることによりさらにフラーレン或いはフラーレン誘導体３の凝集体を分散させることができる。図１４ではフラーレン或いはフラーレン誘導体３の凝集体が僅かに残っているが、図１５では残っていない。
前述した方法でメッキ液中にフラーレン或いはフラーレン誘導体３を分散させても、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の径が０．７ｎｍ程度で非常に小さいため、フラーレン或いはフラーレン誘導体３が再凝集する可能性がある。
フラーレン或いはフラーレン誘導体３が分散しているメッキ液をメッキ槽で循環させ、フラーレン或いはフラーレン誘導体３を拡散させているので、フラーレン或いはフラーレン誘導体３が再凝集しにくくなっている。
また、メッキ液を超音波振動させてフラーレン或いはフラーレン誘導体３を拡散させているので、フラーレン或いはフラーレン誘導体３が再凝集しにくくなっている。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a microchannel having a bifurcated structure in which two capillary channels are converged into one channel. Fullerene or
The solution prepared above is injected into one
Since the width of the
At this time, force due to a minute laminar flow acts on the fullerene aggregates, the aggregates are decomposed, and the liquid fullerene or the
FIG. 15 is a schematic view showing another embodiment of a microchannel having a bifurcated structure in which two capillary channels are converged to one channel. The aggregate of fullerene or
The aggregate of the fullerene or
Even when fullerene or
Since the plating solution in which the fullerene or
Further, since the fullerene or
図１６は電解メッキ装置の第１の実施の形態を示す概略図である。フラーレン或いはフラーレン誘導体はマイクロ流路８より分散された状態でメッキ槽１５へ注入される。往路１６ａを搬送されたメッキ液はノズル１０からサンプル（ガラス基板７）に吹き付けられ、その後メッキ液は帰路１６ｂを経て再び恒温槽１１に戻り、メッキ液の温度を一定に保ちつつ、循環している。
また、メッキ槽１５には超音波振動子９が設置され、ノズル１０から出たフラーレン或いはフラーレン誘導体が分散されたメッキ液がメッキ槽で拡散するように、超音波振動させている。図１６のメッキ装置は一例であり、上記の図１６に捉われるものではない。
フラーレン或いはフラーレン誘導体３をオルトジクロロベンゼンに所定の量だけ溶解させる。このオルトジクロロベンゼン溶液をスピンコート方式或いはスプレー方式により基板上に均一に付着させる。
例えば、凹凸の小さい型の場合、スピンコート方式によりフラーレン或いはフラーレン誘導体を均一に付着させる。或いは、凹凸の大きい型の場合、スプレー方式によりフラーレン或いはフラーレン誘導体を均一に付着させる。フラーレン或いはフラーレン誘導体を溶解する液は、その他トルエンやヘキサンがある。
FIG. 16 is a schematic view showing a first embodiment of an electrolytic plating apparatus. Fullerenes or fullerene derivatives are injected into the
In addition, an
A predetermined amount of fullerene or
For example, in the case of a mold with small irregularities, fullerene or fullerene derivative is uniformly attached by spin coating. Alternatively, in the case of a mold having large irregularities, fullerene or fullerene derivative is uniformly attached by a spray method. Other solutions for dissolving fullerene or fullerene derivatives include toluene and hexane.
型の表面に付着している汚れを洗浄し、表面をＵＶオゾン処理し、フラーレン３が溶解したオルトジクロロベンゼン溶液をスプレー方式により均一に塗布を行う。次に、触媒金属であるＰｄ−Ｓｎ錯体を表面に塗布し、さらにＳｎを溶解させ酸化還元反応によりＰｄを表面に生成する。
次に、メッキ液中の還元剤とＰｄとの反応により、Ｎｉイオンが還元され、Ｎｉ金属膜が形成される。この無電解Ｎｉ膜を電極として、スルファミン酸ニッケル溶液で電解メッキを行う。
最後に型と無電解Ｎｉ膜との界面で剥離を行い、成型用金型を得ることができる。このようにして作製された金型は、表面にフラーレンがあるので離型性が良い。また、フラーレンはＮｉ金属中に含有されているので、フラーレンが剥離することは少ない。
The dirt adhering to the surface of the mold is washed, the surface is treated with UV ozone, and the orthodichlorobenzene solution in which
Next, Ni ions are reduced by the reaction between the reducing agent in the plating solution and Pd, and a Ni metal film is formed. Using this electroless Ni film as an electrode, electrolytic plating is performed with a nickel sulfamate solution.
Finally, peeling is performed at the interface between the mold and the electroless Ni film to obtain a molding die. The mold thus produced has good releasability due to fullerene on the surface. Further, since fullerene is contained in Ni metal, fullerene is rarely peeled off.
図１７は無電界メッキ装置を示す概略図である。ターンテーブル１２上に載置されたガラス基板７上にＤｅｅｐＵＶ用レジストを形成し、波長が２５７ｎｍのレーザで光ディスクのパターンの露光を行い、現像を行う。作製されたパターンは、トラックピッチが３００ｎｍ、グルーブ幅が１００ｎｍ、溝深さが１５０ｎｍのパターンである。
パターンが形成されている面に、触媒金属であるＰｄ−Ｓｎ錯体を表面に塗布し、さらにＳｎを溶解させ酸化還元反応によりＰｄを表面に生成する。次に、メッキ液中の還元剤とＰｄとの反応により、Ｎｉイオンを還元し、Ｎｉ金属膜を形成する。
このとき始めはフラーレンの含有量が高いメッキ液をガラス基板７に塗布し、次第にフラーレンの含有量が低いメッキ液をガラス基板７に塗布し、最後にフラーレンを含有していないメッキ液をガラス基板７に塗布する。
このとき、メッキ液を塗布するノズル部分にマイクロ流路８があり、フラーレン３（図示せず）の注入量を制御している。また、ノズルの先端には超音波振動子９が取り付けられていて、ガラス基板７にメッキ液を塗布したときフラーレンを拡散させるようにしている。
このようにして、始めはフラーレンの含有量が高く、次第に含有量が低い無電解めっきのＮｉ膜を形成する。次に、この無電解Ｎｉ膜を電極として、スルファミン酸ニッケル溶液で電解メッキを行う。最後に型と無電解Ｎｉ膜との界面で剥離を行い、光ディスク基板成型用金型を得ることができる。
上記のパターンが形成されている光ディスク基板成型用金型を従来のフラーレンを含まない方法で作成した場合、パターンサイズが小さいため、光ディスク基板を成型で転写するとき離型性が悪く、剥離時にパターン変形が発生し、金型の形状と異なる光ディスク基板となる。また、成型の転写時間を短縮することが難しい。
それに対し、この実施例２で作製された金型は表面にフラーレンがあるため、離型性が良く、成型の転写時間を短時間にすることができる。
また、フラーレンでなくダイヤモンド微粒子で作製した金型もフラーレンと同様な効果を示すが、ダイヤモンド微粒子の径が溝幅や深さの１割程度となり、パターン変動となるため、ダイヤモンド微粒子では光ディスクの信号に変動が発生する。
しかし、フラーレンの場合は径が０．７ｎｍと小さいので、パターン変動が顕著でない。仮にパターン変動が光ディスク信号に検出されても、フラーレンの径が０．７ｎｍと一定なので、一定周波数のノイズが検出される。したがって、そのノイズの周波数成分をバンドパスフィルタで除去すればよいので問題とならない。
FIG. 17 is a schematic view showing an electroless plating apparatus. A deep UV resist is formed on the
A Pd—Sn complex, which is a catalytic metal, is applied to the surface on which the pattern is formed, Sn is further dissolved, and Pd is generated on the surface by an oxidation-reduction reaction. Next, Ni ions are reduced by a reaction between the reducing agent in the plating solution and Pd to form a Ni metal film.
At this time, a plating solution having a high content of fullerene is first applied to the
At this time, the
In this manner, an electroless plated Ni film having a high fullerene content and a gradually lower content is formed. Next, electrolytic plating is performed with a nickel sulfamate solution using the electroless Ni film as an electrode. Finally, peeling is performed at the interface between the mold and the electroless Ni film to obtain a mold for molding an optical disk substrate.
When an optical disk substrate molding die on which the above pattern is formed is made by a conventional method that does not contain fullerene, the pattern size is small, so that the mold release property is poor when transferring the optical disk substrate by molding, and the pattern is peeled off. Deformation occurs, resulting in an optical disk substrate having a shape different from that of the mold. Moreover, it is difficult to shorten the molding transfer time.
On the other hand, since the mold produced in Example 2 has fullerene on the surface, the mold release property is good and the molding transfer time can be shortened.
A mold made of diamond fine particles instead of fullerene also exhibits the same effect as fullerene, but the diameter of the diamond fine particles is about 10% of the groove width and depth, resulting in pattern fluctuations. Variation occurs.
However, in the case of fullerene, since the diameter is as small as 0.7 nm, pattern variation is not remarkable. Even if a pattern variation is detected in the optical disc signal, noise with a constant frequency is detected because the fullerene diameter is constant at 0.7 nm. Therefore, there is no problem because the frequency component of the noise may be removed by the band pass filter.
ガラス基板７上にＤｅｅｐＵＶ用レジストを形成し、波長が２５７ｎｍのレーザで光ディスクのパターンの露光を行い、現像を行う。作製されたパターンは、トラックピッチが３００ｎｍ、グルーブ幅が１００ｎｍ、溝深さが１５０ｎｍのパターンである。
このレジスト基板にＮｉ膜をスパッタリングで形成し、そのＮｉ膜を電極としてＮｉの電解メッキを行い、レジスト基板とＮｉ界面で剥離を行い、マスター金型を作製する。このマスター金型の表面をプラズマ洗浄後、Ｎｉの電解メッキを行い、マスター金型から剥離し、マザー金型を作製する。
このマザー金型の表面をプラズマ洗浄後、フラーレンを溶解したオルトジクロロベンゼン溶液をスピンコートし、フラーレンをマザー金型の表面に均一に付着させる。このマザー金型に再度Ｎｉの電解メッキを行い、マザー金型から剥離して、目的の光ディスク基板成型用金型を得ることができる。
上記のパターンが形成されている光ディスク基板成型用金型を従来のフラーレンを含まない方法で作成した場合、パターンサイズが小さいため、光ディスク基板を成型で転写するとき離型性が悪く、剥離時にパターン変形が発生し、金型の形状と異なる光ディスク基板となる。また、成型の転写時間を短縮することが難しい。
それに対し、この実施例３で作製された金型は表面にフラーレンがあるため、離型性が良く、成型の転写時間を短時間にすることができる。
また、フラーレンでなくダイヤモンド微粒子で作製した金型もフラーレンと同様な上記の効果を示すが、ダイヤモンド微粒子の径が溝幅や深さの１割程度となり、パターン変動となるため、ダイヤモンド微粒子では光ディスクの信号に変動が発生する。
しかし、フラーレンの場合は径が０．７ｎｍと小さいので、パターン変動が顕著でない。仮にパターン変動が光ディスク信号に検出されても、フラーレンの径が０．７ｎｍと一定なので、一定周波数のノイズが検出される。したがって、その周波数成分をバンドパスフィルタで除去すればよいので、問題とならない。
A DeepUV resist is formed on the
A Ni film is formed on the resist substrate by sputtering, Ni is electroplated using the Ni film as an electrode, and peeling is performed at the Ni interface with the resist substrate to produce a master mold. After the surface of the master mold is plasma cleaned, Ni is electroplated and peeled off from the master mold to produce a mother mold.
The surface of the mother mold is subjected to plasma cleaning, and then an orthodichlorobenzene solution in which fullerene is dissolved is spin-coated so that the fullerene is uniformly attached to the surface of the mother mold. The mother mold is again subjected to electrolytic plating of Ni and peeled from the mother mold to obtain a target mold for optical disc substrate molding.
When an optical disk substrate molding die on which the above pattern is formed is made by a conventional method that does not contain fullerene, the pattern size is small, so that the mold release property is poor when transferring the optical disk substrate by molding, and the pattern is peeled off. Deformation occurs, resulting in an optical disk substrate having a shape different from that of the mold. Moreover, it is difficult to shorten the molding transfer time.
On the other hand, since the mold produced in Example 3 has fullerene on the surface, it has good releasability and can shorten the molding transfer time.
A mold made of diamond fine particles instead of fullerene also exhibits the same effect as fullerene, but the diameter of the diamond fine particles is about 10% of the groove width and depth, resulting in pattern fluctuations. Fluctuation occurs in the signal.
However, in the case of fullerene, since the diameter is as small as 0.7 nm, pattern variation is not remarkable. Even if a pattern variation is detected in the optical disc signal, noise with a constant frequency is detected because the fullerene diameter is constant at 0.7 nm. Therefore, there is no problem because the frequency component may be removed by a band pass filter.
図１８は本発明による他の電界メッキ装置を示す概略図である。金属軸の表面にＮｉ−Ｆｅ或いはＮｉ−Ｃｏを電解メッキで形成する。始めはフラーレンを含有していないメッキ槽で行う。次に金属軸４に対して、フラーレン濃度の低いメッキ槽でＮｉ−Ｆｅ或いはＮｉ−Ｃｏの膜を形成し、さらに金属軸４にフラーレン濃度の高いメッキ槽でＮｉ−Ｆｅ或いはＮｉ−Ｃｏの膜を形成する。
それぞれのメッキ槽は、フラーレン濃度が一定になるように、マイクロ流路８よりフラーレン３（図示せず）が注入される。また、各メッキ槽は絶えずメッキ液が循環し、超音波振動子９によって超音波振動させられている。
このようにして作製した金属軸４は、可動部分の滑りが良く、耐久性も良い金属軸となる。ダイヤモンド微粒子で作製された金属軸に対して、表面の凹凸が小さいので、すべりが良く、ダイヤモンド微粒子の破断といった問題が発生しない。
FIG. 18 is a schematic view showing another electroplating apparatus according to the present invention. Ni—Fe or Ni—Co is formed on the surface of the metal shaft by electrolytic plating. Initially, the plating bath does not contain fullerene. Next, a Ni—Fe or Ni—Co film is formed on the
In each plating tank, fullerene 3 (not shown) is injected from
The
本発明によれば、金属１とフラーレン或いはフラーレン誘導体３を含む金属層２との界面付近にフラーレン或いはフラーレン誘導体３の量が少ないので、金属１とフラーレン或いはフラーレン誘導体を含む金属層２との密着性が良く、耐久性を良くすることができる。
本発明によれば、請求項１又は２記載の複合金属材料Ａで成型用金型が構成されているので、成型時の離型性を良くすることができる。
本発明によれば、請求項１又は２記載の複合金属材料Ａで光ディスク基板成型用金型が構成されているので、成型時の離型製を良くすることができ、さらにパターン変動を小さくすることができる。
請求項１又は２記載の複合金属材料Ａで金属軸４又は金属軸受が構成されているので、可動部分の滑りを良くすることができ、さらに耐久性を良くすることができる。
金属表面に金属メッキするときに、始めはフラーレン或いはフラーレン誘導体３が含まれていないメッキ液で被膜し、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の含有量が高いメッキ液で被膜を行うので、金属１とフラーレン或いはフラーレン誘導体３を含む金属層２との界面付近にフラーレン或いはフラーレン誘導体３の量を少なくすることができる。
型の表面に金属メッキするときに、始めはフラーレン或いはフラーレン誘導体３の含有量が高いメッキ液で被膜し、フラーレン或いはフラーレン誘導体３が含まれていないメッキ液で被膜を行う。
そのため、フラーレン或いはフラーレン誘導体３を含む金属層２とフラーレン或いはフラーレン誘導体３を含まない金属層２との界面付近にフラーレン或いはフラーレン誘導体３の量を少なくすることができる。
型の表面にフラーレン或いはフラーレン誘導体３を均一に付着させ、その表面に金属メッキを行うので、金属メッキの表面にのみフラーレン或いはフラーレン誘導体３を形成することができる。
毛細管状のマイクロ流路８において、２つの流路の合流点で微小な層流が発生し、液が効率よく混合するので、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の凝集体を分解する力が作用し、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の単体が分散した液を得ることができる。
加えて、超音波振動による力がフラーレン或いはフラーレン誘導体３の凝集体に作用するので、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の単体が分散した液を得ることができる。
フラーレン或いはフラーレン誘導体３の単体が分散したメッキ液を常に循環、或いは超音波振動で拡散しているので、フラーレン或いはフラーレン誘導体３の単体が再凝集することを防止することができる。
フラーレン或いはフラーレン誘導体３が溶解した液をスピンコート方式或いはスプレー方式により基板上に塗布するので、基板上にフラーレン或いはフラーレン誘導体３を均一に付着させることができる。
According to the present invention, since the amount of fullerene or
According to the present invention, since the molding die is composed of the composite metal material A according to
According to the present invention, since the optical disk substrate molding die is constituted by the composite metal material A according to
Since the
When metal plating is performed on the metal surface, the film is first coated with a plating solution that does not contain fullerene or
When metal plating is performed on the surface of the mold, first, coating is performed with a plating solution having a high content of fullerene or
Therefore, the amount of fullerene or
Since fullerene or
In the
In addition, since the force of ultrasonic vibration acts on the aggregate of fullerene or
Since the plating solution in which the fullerene or
Since the liquid in which fullerene or
Ａ 複合金属材料
１ 金属
２ 金属膜
３ フラーレン（またはフラーレン誘導体）
４ 金属軸
５ 無電界メッキ層
６ 電界メッキ層
７ ガラス基板
８ マイクロ流路
９ 超音波振動子
A
4
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