JPH10277699A

JPH10277699A - 金型および金型製造方法、ならびに、母型形成方法、電鋳品製造方法

Info

Publication number: JPH10277699A
Application number: JP9084901A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Tomita; 泰央冨田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】底部に起伏を有する溝構造を有する成形品を
成形するための金型を製造する方法を提供する。【解決手段】基材７に凹部７５０を成形し（ａ）、凹
部７５０に、レジストパターンを１５を形成し（ｂ）、
基材７およびレジストパターン１５の表面に電鋳層を形
成し（ｃ）、基材７およびレジストパターン１５を除去
する（ｄ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金型および金型製
造方法、ならびに、母型形成方法および電鋳品製造方法
に係り、特に、複雑な形状を有する金型の製造に好適な
金型製造方法および母型形成方法と、耐久性、生産性が
向上された金型および電鋳品製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】金型（成形用金型）を用いて射出成形
法、圧縮成形法等により樹脂部品を形成することが行わ
れている。

【０００３】近年、成形品の形状についての要求が多様
化している。そのような形状として、例えば、凹部を有
し、該凹部の底面が起伏している形状が挙げられる。こ
のような形状に成形を行うためには、その形状の反転形
状を有する金型を製造することが必要となる。

【０００４】上述のような、底面が起伏している凹部を
有する形状の成形品として、例えば、インクジェット記
録方式のための記録ヘッドの部品が挙げられる。この部
品は、並列される複数の凹部を有し、各凹部は、その底
面が起伏している溝形状を有する。すなわち、溝の深さ
が浅い部分および深い部分を併有する溝形状の凹部が形
成されている。そして、この部品では、上記凹部の浅い
部分がインク流路溝として、上記凹部の深い部分が、上
記インク流路溝に連通するインク溜まりとして用いられ
る。すなわち、一体化されたインク流路溝およびインク
溜まりが、複数並列された部品として用いられる。ここ
で、インク溜まりは、その深さがインク流路溝よりも深
いことにより、その容積が確保されている。

【０００５】近年、記録の高精細化が進められるに伴
い、このようなインクジェット記録ヘッドに対して、イ
ンク流路溝が細かなピッチで並列されることが要求され
ている。例えば、インク吐出密度（記録詳細度）を４０
０ｄｐｉとするためには、インク流路溝が並列されるピ
ッチは、６３．５μｍとなる。従って、インク流路溝の
幅が、５０.０μｍであれば、インク流路溝間の壁厚
は、１３．５μｍとなる。

【０００６】従って、成形に用いられる金型も、サブミ
クロンオーダーの精度で微細な構造に形成されることが
要求される。

【０００７】上述のような微細な構造の加工には、フォ
トリソグラフィ技術が適用されることが一般的である。
成形用の金型を成形する場合、レジストパターン自体
は、強度、耐熱性などの点で、樹脂を成形するためには
向かない。しかし、成形すべき形状を有するレジストパ
ターンを基板上に形成すれば、これを金型を製造するた
めの母型として用いることができる。そして、この母型
の反転形状を有する金型を製造し、樹脂成形を実現する
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】フォトリソグラフィで
は、レジストの感光部分を残して未感光部を除去し、レ
ジストパターンを形成する。ところが、レジストの感光
を、その厚さ方向に操作することは困難であり、また、
塗布されるレジストの表面形状を、平面以外の予め定め
れられる形状とすることも困難である。従って、各部で
厚さが異なるレジストパターンを、一度のフォトグラフ
ィ処理により形成することは難しい。

【０００９】このための対策として、例えば、マスクパ
ターンを変更しつつ、複数回のフォトリソグラフィ処理
を行うことが考えられる。しかしながら、形成すべき母
型形状のレジストパターンを形成するためには、多くの
時間を要する。

【００１０】このため、母型の生産性を向上させること
は困難であった。

【００１１】さらに、母型から、その反転形状を電鋳に
より取得する場合、金型として使用可能な厚さまで電鋳
層を成長させるには、長い時間を要する。例えば、電流
密度４Ａ／ｄｍ²で、ニッケルを電鋳する場合、３ｍｍ
の電鋳層を取得するためには、３〜４日間かかる。この
ため、電鋳による金型製造は、生産性を向上させること
が困難であった。

【００１２】また、成形の生産性をより向上するため
に、金型の寿命を向上させることが本発明者らにより検
討されている。

【００１３】本発明の第１の目的は、複雑な形状を有す
る成形品を形成するための複雑な形状を有する金型の生
産性を向上することができる金型製造方法および母型形
成方法を提供することにある。

【００１４】本発明の第２の目的は、金型を製造するた
めの時間を短縮することができる電鋳品製造方法および
金型を提供することにある。

【００１５】本発明の第３の目的は、金型の寿命を向上
させることができる電鋳品製造方法および金型を提供す
ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記第１目的を達成する
ために、本発明の第１の態様によれば、金型を製造する
ための金型製造方法において、上記金型により成形すべ
き成形製品と同等の表面形状を少なくとも１部に有する
母型を形成する第１のステップと、上記形成された母型
の反転形状を有する金型を取得する第２のステップとを
有し、上記第１のステップは、母型を構成するための基
材に、機械加工により凹部を形成する工程と、フォトリ
ソグラフィ処理を用いてレジストパターンを上記凹部に
形成する工程とを有し、上記第２のステップは、上記母
型に金属を電鋳する工程と、上記金属が電鋳された電鋳
層を、上記母型から剥離して取得する工程とを有するこ
とを特徴とする金型製造方法が提供される。

【００１７】本発明の第２の態様によれば、その反転形
状を有する金型を製造するための母型を形成するための
母型形成方法において、母型を構成するための基材の表
面に凹部を形成し、上記凹部に充填物を充填し、上記充
填物を、その一部を除去して、予め定められた形状にパ
ターン化することを特徴とする母型形成方法が提供され
る。

【００１８】上記第２の目的を達成するために、本発明
の第３の態様によれば、金属を電鋳して電鋳層を成長さ
せるに際し、電鋳層の成長の途中で、予め形態化された
中間材を、それまでに成長した電鋳層の表面に接する状
態で保持し、上記それまでに成長した電鋳層と共に、上
記中間材に金属を電鋳することを特徴とする電鋳品製造
方法が提供される。

【００１９】本発明の第４の態様によれば、予め形態化
された中間材を、電鋳により成長された金属層の内部に
有することを特徴とする金型が提供される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。

【００２１】図１の（ａ）〜（ｄ）、図２、図５、およ
び、図８から１１を参照して、本発明の第１の実施の形
態について説明する。

【００２２】本実施の形態を適用した金型製造方法の説
明に先だって、製造すべき金型の構造について説明す
る。

【００２３】先ず、図２を参照して、成形品の形状、母
型の形状、および、これらの関係について説明する。図
２は、成形品（母型）の一部を示している。図２では、
符号４は、成形品を、符号４に続いて括弧内に記される
符号３は、母型を示す。また、他の符号についても、括
弧の前の符号は、成形品４の各部を示す符号であり、括
弧内に記される符号は、金型の各部を示す符号である。

【００２４】図２において、成形品４は、底部に起伏を
有する溝４２０を複数有する形状に形成される。すなわ
ち、それぞれの溝４２０は、底部４６１〜４６３が順次
深くなる段構造を有する。この溝４２０は、凹部４５０
が隔壁４１０で仕切られる形状として構成されている。
例えば、成形品４がインクジェット記録ヘッドの部品
として用いられる場合、上記溝４２０は、インク流路溝
と、インク溜まりとが一体化された形状として利用され
る。

【００２５】このような成形品４を製造するための、母
型３は、成形品４の表面形状を、少なくともその１部に
有する形状に形成される。本実施の形態では、母型３
は、基材７に形成された凹部７５０に、充填物（例え
ば、レジストにパターン）５が形成されて、溝構造が実
現される。以下に、このような母型（マザー）を製造す
る方法、および、実際に成形を行うための金型（スタン
パー）を形成する方法について説明する。

【００２６】本実施の形態を適用した金型製造方法は、
母型を形成するための第１のステップと、上記形成され
た母型の反転形状を有する金型を取得するための第２の
ステップとを有する。上記母型は、金型により成形すべ
き成形品と同等の表面形状を少なくとも１部に有する。
図１の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図２のＸ−Ｘ’断面
に相当する形状を示す。また、図１の（ｄ）は、図２の
Ｘ−Ｘ’断面における反転形状に相当する形状を示す。

【００２７】初めに、図１の（ａ）および（ｂ）を参照
して、上記第１のステップについて説明する。本ステッ
プは、図２に示す形状と同等の形状を有する母型を形成
するためのものである。

【００２８】先ず、図１の（ａ）を参照して、基材７を
機械加工する工程について説明する。基材７としては、
例えば、シリコン基板を用いることができる。図１の
（ａ）において、回転する砥石８を用いて、基材７の表
面に予め定められた形状の凹部７５０を形成する。これ
によって、基材７は、図３にその一部を示すような形状
に形成される。凹部７５０は、例えば、互いに異なる深
さの複数の底面７６１〜７６３を有し、これらの底面同
士、および、底面と基材７の表面とが、傾斜面で接続さ
れる形状とすることができる。具体的には、底面７６
１、７６２、７６３の順に、深さ（基板７に残される原
表面７１０に対する高低差）が浅くなり、この順に、底
面の幅が広くなる形状とすることができる。例えば、最
も浅い底面７６３は、その深さを５０μｍ以上とし、最
も狭い底面７６１は、その幅を７０μｍ以下とすること
ができる。

【００２９】上記砥石８は、形成すべき凹部７５０の形
状に対応して定められた形状に、予め成形しておく。例
えば、平坦部８１０と、平坦部８１０の両側に設けられ
る傾斜部８２１、８２２とを有する形状のものを用いる
ことができる。例えば、傾斜部８２１と、傾斜部８２２
とが対称に傾斜している形状の砥石８を用いることがで
きる。例えば、平坦部８１０の幅を７０μｍ、２の傾斜
部８２１と８２２との挟む角度を３０度（すなわち、そ
れぞれの傾斜部の傾斜角が１５度）とすることができ
る。砥石８を成形するための方法については後述する。

【００３０】上記段部７６１〜７６３の幅を、この平坦
部８１０の幅より広くすることが、砥石８が当たる位置
を変えて加工を繰り返すことにより可能である。

【００３１】図１１を参照して、凹部７５０の形成を行
うための手順の例について説明する。

【００３２】まず、基材７の上方における、予め定めら
れた位置に砥石８を位置させる。そして、砥石８が回転
している状態で基材７に近づけて、基材７の上面７１０
と接するように高さを合わせる。

【００３３】そして、深さＤだけ、切り込み、幅Ａの底
面７６１を溝加工を行う。

【００３４】次いで、深さＥまで、砥石８を上方に移動
させる。この状態で、砥石８を水平移動させ、幅Ｂの底
面７６２の溝加工を行う。底面７６１と底面７６２とを
接続する傾斜面の幅を、例えば、（Ｂ／Ａ）とする。こ
のとき上記砥石８を水平移動させる量は、（Ｂ＋Ｂ／
Ａ）となる。

【００３５】さらに、底面７６２における溝加工と同様
にして、底面７６３の溝加工を行う。すなわち、深さＦ
まで、砥石８を上方に移動させ、この状態で、水平移動
させる。この水平移動量は、例えば、（Ｃ＋Ｃ／Ｂ）と
することができる。

【００３６】このようにして、凹部７５０を形成した
ら、砥石８を、基材７の十分上方まで移動させる。これ
によって、基材７における他の位置の溝加工、または、
加工された基材７の取り外しに備えることができる。

【００３７】次に、図１の（ｂ）を参照して、レジスト
パターンを形成する工程について説明する。

【００３８】凹部が形成された基材７上にレジスト１０
を塗布する。レジスト１０の塗布は、レジスト１０によ
って凹部７５０が埋められるように行う。レジスト１０
としては、粘性の高い厚膜レジストを用いることが好ま
しい。そして、レジスト１０の塗布は、塗布されたレジ
スト１０の表面と、基材７の原表面７１０とが一致する
ように行う。このようにレジスト１０を塗布することに
よって、後述する工程を行って形成されるレジストパタ
ーンの上面を、基材７の原表面７１０に一致させること
ができる。

【００３９】上記のように、原表面７１０とレジスト１
０の表面が一致するように塗布する目的のために、例え
ば、凹部において、原表面７１０よりも盛り上がるまで
レジスト１０を塗布した後、余分なレジスト１０を取り
除く。このレジスト１０の除去は、後述するポストベー
クにおいて予想される収縮に対応する量だけ、原表面７
１０からレジスト１０盛り上がるように行う。ポストベ
ークにおいて、レジスト１０が収縮する量は、ベーク温
度、および、時間に依存する。これによって、ポストベ
ーク処理されたレジスト１０の表面と、原表面７１０と
が、基板７に渡って均一な高さとなる。このとき、段差
が生じる場合には、レジスト側が１μｍ程度高くなるよ
うにする。

【００４０】レジスト１０が盛り上がるように取り除く
ことは、例えば、レジスト１０の粘性による復元力を利
用して行う。すなわち、レジスト１０を基板７にスピン
コートして塗布した後、基板７がスピンしている状態
で、へらでレジスト１０をふき取る。例えば、レジスト
１０のポストベークにおける収縮が５％であると予想さ
れるとき、凹部の深さの５％の高さに原表面７１０から
盛り上がるようにレジスト１０を取り除く。

【００４１】レジスト１０が塗布された状態で、数分ベ
ーキングする。その後、図４に示すような形状のパター
ンを予めパターンニングされたマスク９を基材７の表面
に密着させ、光１１を当て予め定められた露光処理を行
う。その後、現像処理を行って未露光レジストを取り去
る。このようにして、上記マスク９のパターンの透過部
分９０（図４参照）に対応する表面形状に残されるレジ
ストパターン１５を基材７上に形成することができる。

【００４２】このようにして、図２に示す成形品の形状
と、同等の形状を有する形状に形成された母型を得るこ
とができる。

【００４３】次に、図１の（ｃ）および（ｄ）、ならび
に、図２を参照して、上記第２のステップについて説明
する。

【００４４】まず、図１の（ｃ）を参照して、母型に金
属を電鋳する工程について説明する。

【００４５】レジストパターン１５が成形された状態の
基材７の表面に、金属を電鋳させて、予め定められた厚
さまで電鋳層を成長させる。電鋳する金属としては、例
えば、ニッケルを用いることができる。ニッケル電鋳と
することにより、電鋳品に残留する応力を小さくするこ
と、母型形状の転写性を向上させること、および、金型
としての耐久性を向上させることができる。

【００４６】また、電鋳に先だって、母型（基材７およ
びレジストパターン１５）の表面全体に、導電膜を形成
してもよい。導電膜を形成してから電鋳を行うことによ
り、基材７およびレジストパターン１５が不導体であっ
ても、電鋳をスムーズに行わせることができる。特に、
基材７とレジストパターン１５とで導電率が異なる場合
など、母型の表面おける導電率が一様でない場合でも、
電鋳むらを避けて、電鋳を行わせることができる。導電
膜には、例えば、金、銀、銅等の良導性の金属を用いる
ことができる。導電膜の形成は、例えば、蒸着、スパッ
タリングなどによって行うことができる。

【００４７】次に、図１の（ｄ）を参照して、母型表面
に成長させた電鋳品１２を取得する工程について説明す
る。

【００４８】電鋳品１２が形成されたら、基材７を処理
液によって除去する。基材７がシリコン基板である場
合、基材７と共に、レジストパターン１５も除去され
る。

【００４９】このようにして、母型の反転形状を有する
電鋳品１２を取得することができる。

【００５０】次に、図５を参照して、電鋳品１２に機械
加工を行い、成形用中子として使用することに好適な形
状の金型２０とする工程について説明する。

【００５１】中子として、成形装置の予め定められた取
り付け部（例えば、型板など）に取り付けるために、電
鋳品１２の外形を加工したり、取り付け用の孔を形成す
る。なお、成形装置の構造によっては、この加工を省略
することができる。

【００５２】上記電鋳品１２の加工としては、例えば、
図５に示すように、電鋳品１２の周縁部の不要な部分１
９を取り去り、また、取り付け孔２１を形成する。上記
不要な部分１９を取り去るためには、例えば、フライス
加工、ワイヤ放電加工、研削加工などによって行うこと
ができる。なお、必要に応じて、取り付け孔１９の端部
を座繰り加工すること、内周面にねじ立て加工すること
などを行うことができる。

【００５３】次に、図８から１０を参照して、図１の
（ａ）において用いられる形状に、砥石８を形成するた
めの方法について説明する。

【００５４】例えば、次に挙げる第１の方法、および、
第２の方法によって、砥石８を上述の形状に形成するこ
とが、それぞれ可能である。ここで、２の傾斜部８２
１、８２２の挟む角度をＧ、平坦部の幅をＡとして説明
する。

【００５５】先ず、図８を参照して、砥石を形成する第
１の方法について説明する。この方法は、電着ダイアモ
ンドツルアーを用いて形成を行う方法である。

【００５６】図８において、砥粒層５１０が形成された
加工溝５３０を有するダイアモンドツルアー５００によ
って、砥石８を成形する。加工溝５３０は、砥石８によ
って形成すべき凹部の形状に対応する形状に形成され
る。

【００５７】そして、砥石８を、その形成されるべき部
位が円周方向に移動するように回転させる。例えば、砥
石８が板状に形成されているとき、その板面内に回転さ
せる。すなわち、図８における矢印Ｏに示すように、ま
たは、この逆向きに、砥石８を回転させることができ
る。

【００５８】さらに、砥石８を加工溝５３０の溝方向に
走査させる。これは、本図においては、紙面に垂直な方
向となる。なお、この走査は、これらの相対位置関係が
溝方向に変化すればよく、電着ダイアモンドツルアー５
００が移動しても、または、砥石８および電着ダイアモ
ンドツルアー５００が共に移動してもよい。

【００５９】上述のように、砥石８の回転、および走査
が行われている状態で、砥石８および電着ダイアモンド
ツルアー５００の間隔を狭める。そして、砥石８の円周
部８１０まで研削を行われるまでこれらを近づけて、加
工溝５３０の断面の反転形状を有する形状に砥石８を形
成する。

【００６０】加工溝５３０は、例えば、深さＤ’、底部
の幅Ａ、両側の傾斜部が挟む角度Ｇである形状に形成さ
れ、図１の（ａ）における、凹部７５０を形成するため
の砥石８の形成に対応することができる。

【００６１】ここで、上記深さＤ’は、形成すべき凹部
の最深部の深さＤの２倍以上とする。この深さＤは、図
１の（ａ）における、凹部７５０の底部７６１の深さに
相当する。

【００６２】上記幅Ａ’は、形成すべき凹部の、最も幅
が狭い底部７６１（図１の（ａ）参照）の幅Ａに対し
て、電着層５１０の厚さＴに相当する幅だけ広い幅であ
る。電着層５１０の厚さＴは、ダイアモンド砥粒の粒径
の２倍に、メッキ厚を加えた厚さに相当する。

【００６３】このような、電着ダイアモンドツルアー５
００は、次のようにして作成することができる。

【００６４】先ず、深さＤ’、幅Ａ’、挟み角Ｇ度の溝
５３０を有する形状の台金５２０を形成する。次に、台
金５２０を、メッキ液に浸け、その表面に砥粒層５１０
を形成して、電着ダイアモンドツルアー５００を構成す
ることができる。メッキ液としては、例えば、ニッケル
の電解液などを用いることができる。

【００６５】次に、図９および図１０を参照して、砥石
を成形する第２の方法について説明する。この方法は、
放電ツルーイング装置を用いて、砥石を成形する方法で
ある。

【００６６】先ず、図９に示すように、放電電極６１０
を、矢印Ｋで示すように、その加工面（放電電極面）６
１１に沿う方向に走査させる。そして、砥石８を矢印Ｏ
で示すように回転させる。すなわち、砥石８の回転軸方
向と、加工面６１１の走査方向とが平行になるようにし
て、それぞれを移動させる。

【００６７】この状態で、砥石８と、放電電極６１０と
の間隔を狭め、砥石８の外周部分側面をツルーイングす
る。

【００６８】ここで、加工面６１０が変形すること、お
よび、加工面６１０の形状が砥石８の外周部分側面に転
写されることを、放電電極面６１０を走査させることに
より避けることができる。これによって、砥石８の外周
部分側面８１０を、上記矢印Ｋで示す方向について平坦
な形状に成形することができる。

【００６９】外周部分側面を上述のようにして成形した
後、砥石８の回転軸方向ｏと、放電電極６１０の走査方
向ｋとが、予め定められた交差角度で交わるように、砥
石８および放電電極６１０を配置する。すなわち、図１
０において、走査方向ｋが、回転軸方向ｏに対して、交
差角度ｇを成す状態で、放電電極６１０を走査させる。
この状態で、砥石８と放電電極６１０との間隔を狭め、
砥石８の傾斜面８２１を予め定められた幅ｈだけ形成す
る。そして、放電電極６１０を反対側（図１０におい
て、砥石８の左側）に配置し、傾斜面８２２を形成す
る。

【００７０】このようにして、平坦部８１０の両側に、
傾斜部８２１、８２２が形成された形状に砥石８を成形
することができる。

【００７１】例えば、交差角度ｇを、ｇ＝｛９０度−
（Ｇ／２）｝とし、傾斜部の幅ｈ＝｛（Ｈ−Ａ）／２｝
とすることにより、幅Ａの平坦部８１０、および、その
両側に挟み角Ｇの傾斜部８２１、８２１を成形すること
ができる。ここで、Ｈは、砥石８の幅である。

【００７２】次に、図１の（ａ）〜（ｄ）、および、図
６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明
する。本実施の形態における金型製造方法は、その基本
的な手順は、上述した第１の実施形態における金型製造
方法と同様である。従って、ここでは、相違点を中心と
して説明する。

【００７３】本実施の形態においては、上述した図１の
（ａ）における工程で、凹部７５０が、並行して複数形
成される。

【００７４】そして、図１の（ｂ）における工程で、上
記複数形成された凹部７５０のそれぞれに、レジスト１
５を塗布する。そして、図６に示すように、領域９１ａ
〜９１ｄがそれぞれ露光されるように、マスク９の位置
を変更して、露光が複数回行われる。全ての領域につい
て露光が行われたら、現像処理を行い、そして、エッチ
ング処理を行う。ここでは、凹部７５０が２つ形成さ
れ、それぞれの凹部が２の露光領域に分割される場合に
ついて説明したが、凹部が形成される数、および、凹部
が分割される露光領域の数はこれに限らない。

【００７５】上述の例の場合には、図７に示すように、
凹部７５０ごとに２つずつ、基材７全体として４つのレ
ジストパターン１５が形成される。

【００７６】そして、図７において、各領域９１ａ〜９
１ｄがそれぞれ含まれる基材要素７２０基材７を分割す
る。基材７を分割するに際し、電鋳品を成長させるべき
形状にあわせて、不要な部分７３０を取り去ることがで
きる。

【００７７】このようにして、複数の母型７２０を一括
して形成することができる。

【００７８】また、この説明では、同一のマスク９を用
いて、共通なパターンのレジストパターン１５が複数形
成される場合について説明したが、異なるパターンが形
成された複数のマスク９を使い分けて、相異なるパター
ンのレジストパターンを、同一の基材７上に形成しても
よい。このとき、複数の凹部７５０を、相異なる断面形
状に形成することができることは勿論である。

【００７９】上記複数形成された母型７２０にそれぞ
れ、電鋳を行い、母型７２０の反転形状を有する電鋳品
を複数得ることができる。勿論、電鋳は、並行して行う
ことができる。

【００８０】本実施の形態によれば、共通の形状を有す
る複数の電鋳品を取得することが容易に、かつ、短時間
に行うことができる。また、多種の形状電鋳品を取得す
ることにも対応可能である。

【００８１】また、上述した第１および第２の実施の形
態において、電鋳品を製造するための工程は、上述した
態様に限らない。例えば、次に例を挙げて説明するよう
な態様で電鋳品を製造することができる。

【００８２】先ず、電鋳品を製造するための工程の他の
態様の第１の例について説明する。本例は、成長された
電鋳品の表面に無電解メッキを施す例である。これによ
って、電鋳品を金型として用いる際の耐久性を向上させ
ることができる。

【００８３】図１の（ａ）において上述した母材を形成
する工程で、予め定められた厚さに対応して、成形品に
対してオフセットされた形状に母型を形成する。

【００８４】そして、形成された母型に電鋳を行い。成
長した電鋳品を母型から剥離させる。

【００８５】次に、上記剥離された電鋳品の表面に、金
属の無電解メッキを、上記オフセットに対応する厚さ成
長させる。無電解メッキする金属としては、例えば、ニ
ッケルを用いることができる。

【００８６】また、無電解メッキを成長させる厚さは、
例えば、２μｍに選ぶことができる。すなわち、この場
合は、上記母型形状を、成形品の形状に対して、母型表
面が２μｍ後退するようにオフセットすることになる。

【００８７】次に、図１２を参照して、電鋳品を製造す
るための他の態様の第２の例について説明する。本例
は、母型に、無電解メッキを成長させ、その上に電鋳層
を成長させる例である。

【００８８】図１の（ｃ）における電鋳に先だって、無
電解メッキを行って、図１２に示すように、母型の表面
全体、すなわち、基材７の表面、および、レジストパタ
ーン１５の表面に、無電解メッキ層３０を形成する。図
１２において、３１は、レジストパターンの側面に形成
された無電解メッキ層の表面を示す。無電解メッキ層３
０が数μｍから約５０μｍ程度の厚さに成長した後、金
属を電鋳し、無電解メッキ層３０および電鋳層１２の全
体で、予め定められた厚さになるまで、電鋳層１２を成
長させる。

【００８９】そして、電鋳層１２を、無電解メッキ層３
０と共に、母型から剥離させる。

【００９０】このようにして、電鋳品を製造することに
よって、形成面に無電解メッキ層３０を有する電鋳層１
２を得ることができる。

【００９１】本例の場合には、上述した第１の例と同様
に、金型としての耐久性を向上させることができる。さ
らに、上記第１の例のように、母型の形状を、成形品に
対してオフセットする必要がない。また、取得される電
鋳品の、成形に用いられる面、すなわち、無電解メッキ
の表面が、母型から直接転写されるため、成形に用いら
れる面の精度をより向上させることができる。

【００９２】上記第１の例、および、第２の例のように
して、電鋳品を製造することにより、金型のキャビティ
ーとして用いられる面（成形品と接する表面）を、無電
解メッキにより成長された層とすることができる。これ
によって、このキャビティーとして用いられる面の硬度
を向上させることができる。従って、射出成形における
射出圧に対する耐久性を向上させ、また、成形品の剥離
不良などに伴う金型破損を避けることができる。よっ
て、１つの金型で成形可能なショット数が増加すること
が期待される。

【００９３】例えば、電鋳する金属がニッケルである場
合、電解メッキされた層の硬度は、Ｈｖ２５０程度であ
ったが、無電解メッキされた層の硬度は、Ｈｖ５００程
度であった。これは、電解メッキされた層が結晶質であ
り、無電解メッキされた層が非晶質であることによると
考えられる。このニッケル電鋳による金型の場合、金型
１つ当たりのショット数は、成形品の個数で数えて数千
個程度であったものが、キャビティー面を無電解メッキ
層とすることによる数万個程度に増加した。

【００９４】次に、図１３を参照して、電鋳品を製造す
るための他の態様の第３の例について説明する。本例
は、予め形態化された中間材を電鋳層に内包させる例で
ある。本例は、通常の電鋳品を製造するための工程に適
用してもよいし、上記第１の例、および、第２の例のい
ずれの例に適用してもよい。

【００９５】電鋳品を金型として利用するためには、あ
る程度の厚みが必要とされる。そして、このような厚さ
となるまで電鋳層を成長させるためには、長い時間がか
かる。例えば、４Ａ／ｄｍ²の条件では、ニッケル電鋳
を厚さ３ｍｍまで成長させるために、電鋳槽内部にて、
３日から４日（７２時間から９６時間）程度の時間を要
する。

【００９６】そこで、本例においては、金型として強度
的に問題のない厚みまで電鋳層が成長した段階で、図１
３に示すように、予め形態化された中間材１００を、そ
れまでに成長した電鋳層１２ａに接する状態に保持す
る。

【００９７】そして、それまでに成長した電鋳層１２
ａ、および、中間材１００に、電鋳層１２ｂを成長さ
せ、中間材１００を内包する電鋳層１２を形成する。

【００９８】例えば、０．５〜１ｍｍ程度に成長した電
鋳の成長途中に、コアとなるようにメッシュ上の板を押
し当て、それまで成長していた電鋳品と共にメッシュ状
の板を包み込ませるように、ニッケル電鋳を成長させ
る。これにより、金型中子として必要とされる厚みに、
短時間のうちに形成することができる。

【００９９】また、上述した説明では、基材７として、
シリコン基板が用いられる場合を中心に説明したが、基
材７の材質はこれに限らない。例えば、基材として、金
属を用いることができる。例えば、快削鋼、黄銅などを
用いることができる。金属を基材７とする場合には、成
形型の反転形状を、機械加工して型材７を成形する。機
械加工としては、例えば、切削加工、研削加工、放電加
工等が挙げられる。このとき、加工工具としてダイヤモ
ンドバイトを用いることにより、加工面を鏡面とするこ
とができる。上記黄銅は、このダイヤモンドバイトによ
る加工に好適な材料である。

【０１００】さらに、機械加工に先だって、基材７を前
処理を行い、加工性を向上させることができる。このよ
うな前処理としては、上記基材７として黄銅を用いる場
合、上記黄銅に冷間圧延と低温焼き鈍しとを施すことが
できる。これにより、黄銅の硬さを向上させ、かつ、結
晶粒を微細化することができる。硬さの向上、結晶粒の
微細化は、ダイヤモンド切削による微細加工に好適であ
る。例えば、黄銅に前処理を施すことにより、ビッカー
ス硬度で１７０以上、結晶粒の大きさを３０μｍにする
ことができる。

【０１０１】上記機械加工を施した後に、表面を化学研
磨加工することができる。化学研磨を行うことにより、
機械加工の実施に伴って生じる返りを除去することがで
きる。

【０１０２】上述のようにして得られた金型部品は、注
型法や圧縮成形法や射出成形法などによる成形のために
使用することができる。

【０１０３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。

【０１０４】また本実施例では、１つの基材より４つの
母型を取得する場合について説明するが、１つの基板か
ら取得する母型の数はこれに限らない。

【０１０５】基材７には、シリコン基板を用いた。

【０１０６】ディスコ社製のダイシングマシンを用い
て、砥石８にてシリコン基板７上に複数の溝７５０を形
成した。図４に示すように、切断に用いる砥石８の外周
部分に、所定のツルーイング、ドレッシングを行って必
要とされる成形品の反転形状に対応する形状に予め成形
しておいた。

【０１０７】砥石８の形状は、成形品の形状に対応す
る、図１１に示すような形状とした。すなわち、砥石８
を、底形状の先端８１０の幅を、底部７６１の幅Ａに相
当する幅とし、傾斜面８２１、８２２を、凹部７５０の
傾斜部に対応する、挟み角Ｇ度のＶ字形状を成したもの
としておいた。ここで、図１１において、Ａ＝４０μ
ｍ、Ｂ＝９０μｍ、Ｃ＝１５０μｍ、Ｄ＝５０μｍ
、Ｅ＝３５μｍ、Ｆ＝２０μｍ、Ｇ＝３０度である
形状とした。

【０１０８】このように形成した砥石８を用いて、底部
７６１は、深さＤの位置において、通し加工を施して形
成した。

【０１０９】そして、底部７６２は、深さＥの位置に
て、底部７６３は、深さＦの位置にて、それぞれ通し加
工を施して形成した。これらの通し加工は、砥石幅と、
底部７６２の幅Ｂまたは底部７６３の幅Ｃとの幅の関係
により、数回に分けてピッチをずらして行った。また、
底部７６１と底部７６２とを接続する傾斜面、および、
底部７６２と底部７６３とを接続する傾斜面の形成を考
慮して、それぞれ、Ｂ／Ａ、Ｃ／Ｂのオーバーラップを
させて加工した。

【０１１０】砥石８を通し加工するピッチの移動は、数
値制御にステップ移動させて行った。上記オーバーラッ
プ加工においては、小数点以下を切り上げて、ピッチ移
動のステップ数を定めた。

【０１１１】この加工を本実施例では、シリコン基板７
上の２カ所に行っている。本加工方法によって得られた
形状精度は、各々の箇所で必要寸法に対して誤差１μｍ
以内であった。また、加工された面の表面粗さを、最大
高さで０．２μｍ程度とすることが、加工用の砥石８の
粒度の調整を行うことにより実現された。

【０１１２】形状加工終了後、シリコン基板７に、予め
定められた洗浄を行い、前処理を施しておいた。

【０１１３】そして、前処理が施されたシリコン基板７
に、レジストを塗布した。レジストは日本合成ゴム社製
のＪＳＲＴＨＢレジストを使用した。レジストを中央
に滴下し、重力で広がるのを待って、スピンコートによ
り一様に基板上に塗布した。この状態では、上記凹部７
５０（図１１参照）に加工された部分に入り込んだレジ
ストと、元の基板上面との間で盛り上がりを生じた。こ
のため、ほぼシリコン基板７の全面に渡って、へらを使
って余分なレジストを除去した。

【０１１４】レジスト塗布後、ホットプレートを用い
て、温度９０度、時間５分の条件で、ポストベーキング
した。この後、図１（ｂ）に示すようにマスク９を密着
させた状態で、光１１をあてて露光した。その後、現像
を行って、未感光のレジストを除去した。本実施例で
は、上記マスク９として、ピッチ７０μｍ、パターン幅
２０μｍの透過パターンを有するマスクを用いた。

【０１１５】その後、レジストパターンが成形されたシ
リコン基板全面に導電膜を形成した。導電膜の形成は、
蒸着装置により、Ａｕを蒸着して行った。

【０１１６】上記導電膜が形成されたシリコン基板を分
割した。これには、上記ダイシングマシンをもちい、専
用の砥石によって、それぞれがレジストパターンを１ず
つ有するように、４つに分割した。このとき、図７に示
すように、母型として不要になる部分７３０を取り除い
た。

【０１１７】そして、予め定められた剥離処理を行っ
て、シリコン基板およびレジストパターンを除去した。
すなわち、ＫＯＨ（水酸化カリウム）液を用いて、シリ
コン基板の除去を行った。この際レジストパターンも同
時に除去された。

【０１１８】次に、反転形状取得のためにニッケル電鋳
を行った。電鋳液の温度は５０度、また条件として４Ａ
／ｄｍ²にて行い、金型の厚みとして予め定められた厚
さまでニッケルを成長させた。その後、電鋳槽より取り
出した。

【０１１９】電鋳は、パターンの微細まで、スムーズに
行われた。これは、母型に、上記Ａｕを形成したことの
効果が大きいと考えられる。

【０１２０】次に、フライス加工や仕上げ加工、研削加
工などを行って金型部品として、好適な形状となるよう
に加工した。

【０１２１】

【発明の効果】本発明によれば、底面に起伏を有する凹
部を有する形状の母型を構成することができる。そし
て、上記母型を用いて、上記母型形状に反転対応して、
頂部に起伏を有する凸部を有する表面形状を有する金型
をすることができる。

【０１２２】また、電鋳品の形成に要する時間を短縮し
て、金型を製造する生産性を向上させることができる。

【０１２３】また、電鋳品の耐久性を向上させ、１つの
金型で成形可能なショット数を増加させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した金型製造方法を示す断面図
であって、（ａ）基材に凹部を形成する工程を示す断面
図、（ｂ）レジストパターンを形成する工程を示す断面
図、（ｃ）金属を電鋳させる工程を示す断面図、（ｄ）
電鋳品を取得する工程を示す断面図である。

【図２】成形すべきプラスチック成形品の一部を示す
斜視図である。

【図３】基材に形成される凹部の一部を示す斜視図で
ある。

【図４】フォトリソグラフィ処理に用いるマスクのパ
ターンを示す斜視図である。

【図５】成形用の金型中子として用いるに好適な形状
と、電鋳品の形状との関係を示す斜視図である。

【図６】フォトリソグラフィ処理において、マスクを
置く位置を示す斜視図である。

【図７】１の基材から、４の母型を取得する場合の、
基材と各母型との関係を示す斜視図である。

【図８】電着ダイアモンドツルアーによる、砥石の形
成を示す断面図である。

【図９】放電ツルーイング装置による砥石の加工にお
ける、円周部端面を形成する工程を示す断面図である。

【図１０】放電ツルーイング装置による砥石の加工に
おける、傾斜面を形成する工程を示す断面図である。

【図１１】母型に形成すべき凹部の形状と、砥石形状
との関係を示す断面図である。

【図１２】母型に形成される無電解メッキ層を示す断
面図である。

【図１３】中間材を内包する電鋳品を形成する工程を
示す断面図である。

【図１４】基材に、複数の凹部を形成する様子を示す
斜視図である。

【符号の説明】

３…母型、４…成形品、５…微細パターン、７…基材、
８…砥石、９…マスク、１０…レジスト、１１…光、１
２…電鋳品、１５…レジストパターン、１９…不要な部
分、２０…金型、２１…取り付け孔、９０…透過部分、
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ…露光領域、１００…
中間材、４１０…隔壁、４２０…溝構造、５００…電着
ダイアモンドツルアー、５１０…電着層、５２０…台
金、６１０…放電電極、７１０…原表面、７２０…分割
された基材要素、７３０…不要な部分、７５０…凹部、
７６１、７６２、７６３…段部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型を製造するための金型製造方法にお
いて、上記金型により成形すべき成形製品と同等の表面形状を
少なくとも１部に有する母型を形成する第１のステップ
と、上記形成された母型の反転形状を有する金型を取得する
第２のステップとを有し、上記第１のステップは、母型を構成するための基材に、機械加工により凹部を形
成する工程と、フォトリソグラフィ処理を用いてレジストパターンを上
記凹部に形成する工程とを有し、上記第２のステップは、上記母型に金属を電鋳する工程と、上記金属が電鋳された電鋳層を、上記母型から剥離して
取得する工程とを有することを特徴とする金型製造方
法。
【請求項２】請求項１記載の金型製造方法において、上記第２のステップにおいて取得された電鋳品を機械加
工する第３のステップをさらに有することを特徴とする
金型製造方法。
【請求項３】請求項１および２のいずれか一項記載の
金型製造方法において、上記第１のステップは、上記レジストパターンを凹部に形成する工程で、上記レ
ジストパターンを、上記基材上の複数の領域にそれぞれ
形成し、レジストパターンが形成された基材を、上記各領域がそ
れぞれ含まれる基材要素に分割する工程をさらに有する
ことを特徴とする金型製造方法。
【請求項４】請求項１から３のいずれか一項記載の金
型製造方法において、上記第１のステップは、上記基材に凹部を形成する工程と、上記レジストパター
ンを形成する工程との間に、基材を化学研磨加工する工
程を有することを特徴とする金型製造方法。
【請求項５】請求項１から４のいずれか一項記載の金
型製造方法において、上記第２のステップにおいて、上記電鋳する工程に先だって、上記母型の、金属を電鋳
すべき面に導電膜を形成することを特徴とする金型製造
方法。
【請求項６】請求項１から４のいずれか一項記載の金
型製造方法において、上記第２のステップにおいて上記母型に金属を電鋳する
に際し、上記母型に金属を無電解メッキし、上記無電解メッキされた母型に金属を電鋳し、上記電鋳された金属の層を、上記無電解メッキされた金
属の層と共に、上記母型から剥離させることを特徴とす
る金型製造方法。
【請求項７】請求項１から５のいずれか一項記載の金
型製造方法において、上記第２のステップにおいて上記母型に金属を電鋳する
に際し、母型に金属を電鋳し、上記電鋳された金属の層を、上記母型から剥離させ、上記剥離させた金属の層の、少なくとも金型の成形面と
して用いられる面に金属を無電解メッキすることを特徴
とする金型製造方法。
【請求項８】請求項１から５のいずれか一項記載の金
型製造方法において、上記第２のステップにおいて上記母型に金属を電鋳する
に際し、上記金属の層を電鋳により成長させている途中で、予め
形態化された中間材を、それまでに成長した金属の層の
表面に接する状態に存在させ、上記それまでに成長した金属の層と共に、上記中間材に
金属を電鋳することを特徴とする金型製造方法。
【請求項９】その反転形状を有する金型を製造するた
めの母型を形成するための母型形成方法において、母型を構成するための基材の表面に凹部を形成し、上記凹部に充填物を充填し、上記充填物を、その一部を除去して、予め定められた形
状にパターン化することを特徴とする母型形成方法。
【請求項１０】母型の反転形状を有する金型を製造す
るための電鋳品製造方法において、母型に金属を無電解メッキし、上記無電解メッキされた母型に金属を電鋳し、上記電鋳された金属の層を、上記無電解メッキされた金
属の層と共に、上記母型から剥離させることを特徴とす
る電鋳品製造方法。
【請求項１１】母型の反転形状を有する金型を製造す
るための電鋳品製造方法において、母型に金属を電鋳し、上記電鋳された金属の層を、上記母型から剥離させ、上記剥離させた金属の層の、少なくとも金型の成形面と
して用いられる面に金属を無電解メッキすることを特徴
とする電鋳品製造方法。
【請求項１２】金属を電鋳して電鋳層を成長させるに際
し、電鋳層の成長の途中で、予め形態化された中間材を、そ
れまでに成長した電鋳層の表面に接する状態で保持し、上記それまでに成長した電鋳層と共に、上記中間材に金
属を電鋳することを特徴とする電鋳品製造方法。
【請求項１３】電鋳により成長された金属層と、無電解メッキにより成長された金属層とを有することを
特徴とする金型。
【請求項１４】予め形態化された中間材を、電鋳により
成長された金属層の内部に有することを特徴とする金
型。