專利名稱：壓模及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種用于利用樹脂材料的注射成型工藝的壓模，和一種用于制造這種壓模的方法。
背景技術：
壓模常常被用于復制大量以CD(激光唱盤)、DVD(數字化視頻光盤)等等為代表的光盤。在壓模的表面上形成有凸-凹圖案，這些凸-凹圖案對應于即將成形在諸如CD、DVD等等的光盤上的信息坑(pits)和溝槽。通過在壓模的所述凸-凹圖案上注射成形作為用于光盤基體的樹脂材料，可以大批量生產具有相同凸-凹圖案的光盤基體。
至于用于成形前述壓模的材料，鎳、銅和銀由于它們的良好模制性能已經得以使用。
但是，在通過利用諸如鎳等等材料制成的壓模復制大量光盤基體的情況下，時常會出現這種問題，即與樹脂材料發生接觸的那部分壓模(這部分壓模在下文中的某些情況下被稱作“壓模表面”)會由于包含在用于光盤基體的樹脂材料中的氯成分等等發生腐蝕，因此，在許多次重復進行復制之后，隨著腐蝕的發展將無法精確地實現規定信息坑的正確復制。
尤其是，當聚碳酸樹脂由于其相對便宜而被用作用于光盤基體的樹脂材料時，由于在某些情況下大量的氯成分作為雜質被包含在所述樹脂材料中，因此所述問題變得更為嚴重。
本發明鑒于這些問題而研發。一個待由本發明實現的目的是，提供一種在使用狀態下具有優越耐用性的壓模，即使當復制大量的光盤基體時，也不會導致在與樹脂材料發生接觸的那部分壓模上發生腐蝕，并且，提供一種方法，利用這種方法可以高效地制造出所述壓模。
發明內容
為了解決前述問題，本發明提供了一種用在利用樹脂材料的注射成型工藝中的壓模，其特征在于，在該壓模與樹脂材料發生接觸的表面上形成有一個抗腐蝕膜，該抗腐蝕膜由選自于下述合金材料中的任意一種制成鎳(Ni)合金、銀(Ag)合金和銅(Cu)合金。
還有，本發明提供了一種用于制造壓模的方法，其中所述壓模用在利用樹脂材料的注射成型工藝中，其特征在于，這種方法包括下述步驟利用一個用于制造所述壓模的模具，在該模具上形成有外凸形狀，這種外凸形狀對應于即將形成在所述壓模與樹脂材料發生接觸的表面上的內凹形狀，或者相反，形成有對應于即將形成在所述壓模表面上的外凸形狀的內凹形狀；在所述模具的其上形成有前述外凸形狀或者內凹形狀的表面上成形一個抗腐蝕膜，該抗腐蝕膜由選自于下述合金材料中的任意一種制成鎳(Ni)合金、銀(Ag)合金和銅(Cu)合金；借助于一種電鍍方法在所述抗腐蝕膜上層疊一個金屬層；以及同時將所述層疊金屬層和抗腐蝕膜從用于制造壓模的模具上分離下來。
圖1A和1B是根據本發明的壓模的橫剖視圖；圖2A和2B是工藝流程圖，用于解釋根據本發明用于制造壓模的方法；圖3是一個不同于圖2的工藝流程圖，用于解釋根據本發明用于制造壓模的方法；圖4是又一個不同于圖2的工藝流程圖，用于解釋根據本發明用于制造壓模的方法；圖5是一個工藝流程圖，用于解釋作為一種用于制造壓模主體的方法的電鍍方法。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖對根據本發明的壓模以及相關制造方法進行詳細解釋。首先，將參照圖5對用于制造壓模主體13(也就是說，一個傳統壓模)的典型方法進行解釋。
圖5是一個工藝流程圖，用于解釋作為一種用于制造壓模主體13的方法的電鍍方法。
如圖5(a)中所示，首先借助于一種旋涂方法或者類似方法在由玻璃(或者硅樹脂)制成的基體21的表面上形成一個抗蝕膜22，所述基體21的表面通過拋光處理進行修整。
接著，對所述抗蝕膜22進行圖案化處理。如圖5(b)中所示，以這種方式進行所述圖案化處理，即利用激光束(或者電子束)對抗蝕膜22進行曝光，來形成一個潛像22a，隨后對其進行顯影處理。由此，如圖5(c)中所示，在抗蝕膜22的表面上形成一個包括大量溝槽的內凹圖案22b。
在實施了圖案化處理之后，如圖5(d)中所示，借助于一種濺射方法、汽相淀積方法和類似方法在抗蝕膜22上形成一個由金屬材料制成的電極膜23，以便覆蓋住內凹圖案22b的整個區域。作為用于電極膜23的金屬材料，具有高導電性能和良好化學穩定性能的鎳、銀或者銅作為一種純金屬使用，從而使得在薄膜成形之后組分難以發生改變，并且所述薄膜的厚度均勻。
此后，如圖5(e)中所示，借助于一種利用電極膜23本身作為一個電極的電鍍方法在電極膜23的表面上層疊一個金屬層24。需要注意的是，對于金屬層24來說，通常可以使用用于電極膜23的相同材料。具體來說，當鎳金屬被用于電極膜23時，鎳被用于金屬層24，當銀金屬被用于電極膜23時，銀被用于金屬層24，并且當銅金屬被用于電極膜23時，銅被用于金屬層24。但是也可以使用不同材料。
接著，如圖5(f)中所示，通過將金屬層24與電極膜23一同從抗蝕膜22的表面上分離下來，可以獲得一體式具有電極膜23和金屬層24的壓模24a(該壓模24a在某些情況下可以被稱作“原模”，因為其構成了一個用于將后續執行復制其它壓模的基本壓模)。在該壓模24a的表面上，以這樣的方式轉錄一個包括大量突起的隆起(外凸)圖案24b，即其被制成前述內凹圖案22b的互補形狀(也就是說，該壓模24a是一個具有隆起部的外凸形壓模)。因此，通過利用該壓模24a作為一個模具并且將一種用于光盤基體的樹脂材料注射成型在該壓模的其上形成有外凸圖案24b的表面上，形成了具有與轉錄在其表面上的內凹圖案22b相同的內凹圖案(包括內凹形信息坑和溝槽)的基體。接著，通過在所述基體上層壓一個折射層、保護層和類似層以便覆蓋住所述內凹圖案，可以制得光盤25。
也可以如圖5(g)中所示，在于外凸形壓模24a的表面上實施鈍化處理(用于形成一種鈍化狀態的處理)之后，通過一種利用所述壓模24作為電極的電鍍方法再次層壓一個金屬層26，并且隨后如圖5(h)中所示，從壓模24a上剝離出所述金屬層26，可以獲得具有與轉錄于其上的內凹圖案22b相同的內凹圖案的壓模26(在某些情況下該壓模26可以被稱作“副原模”)。
由于與前述內凹圖案22b相同的內凹圖案被轉錄在所述壓模26的表面上(也就是說，該壓模26是一個內凹形壓模)，通過利用該壓模26作為一個模具并且注射成型一種用于光盤基體的樹脂材料，形成了具有與轉錄在其表面上的前述外凸圖案24a相同的外凸圖案(包括外凸形信息坑和溝槽)的基體。接著，通過在所述基體上層壓一個折射層、保護層和類似層以便覆蓋住所述外凸圖案，可以制得光盤27。
還有，還可以如圖5(i)中所示，在于內凹形壓模26的表面上實施鈍化處理(用于形成一種鈍化狀態的處理)之后，可以再一次通過一種利用所述壓模26作為一個電極的電鍍方法層壓一個金屬層28，并且隨后如圖5(j)中所示那些從壓模26上剝離出該金屬層28，可以獲得具有與圖5(f)中所示壓模24a相同圖案的壓模28(該壓模28在某些情況下可以被稱作“子壓模”)。
由于壓模28具有與壓模24a相同的圖案，通過利用該壓模28作為一個模具并且在該壓模28的其上形成有外凸圖案24b的表面上注射成型一種用于光盤基體的樹脂材料，形成了具有與轉錄在其表面上的內凹圖案22b相同的內凹圖案(包括內凹形信息坑和溝槽)的基體，并且通過在所述基體上層疊一個折射層、保護層和類似層以便覆蓋住所述內凹圖案，可以制得光盤29。
如前所述，可以制造出具有相同圖案和形狀的大量壓模(28)，并且通過同時利用大量的壓模(28)重復進行復制工作，能夠一次制造出大量的光盤。
如圖5中所示，這種利用電鍍方法和類似方法制得的壓模24a、26和28被用作根據本發明的壓模的主體(參見圖1中的附圖標記13)，并且本發明中的壓模10可以通過在其表面上形成包括鎳合金和類似材料的抗腐蝕膜12制造而成。
圖1A和1B是根據本發明的壓模10的橫剖視圖。圖1A示出了一個外凸形壓模(也就是說，一種用于在光盤上形成內凹形信息坑和溝槽的壓模)，而圖1B示出了一個內凹形壓模(也就是說，一種用于在光盤上形成外凸形信息坑和溝槽的壓模)。由此，依照即將復制光盤上的信息坑形狀，根據本發明的壓模10可以被制成外凸形狀，或者替代性地，被制成內凹形狀。
根據本發明的壓模10具有這種特性，即在當通過注射成型復制光盤基體時與用于光盤基體的樹脂材料發生接觸的表面11(其上形成包括信息坑和溝槽的外凸形狀的表面(在圖1A所示情況下)或者內凹形狀的表面(在圖1B所示情況下))上，形成一個抗腐蝕膜12，該抗腐蝕膜12由下述合金材料中的任意一種制成鎳(Ni)合金、銀(Ag)合金或者銅(Cu)合金。
通過形成由前述合金制成的抗腐蝕膜12，即使當通過比如在壓模表面11上注射成型其中含有氯成分的聚碳酸樹脂來復制光盤基體時，也能夠避免在壓模表面11上產生腐蝕，并且因此，能夠復制出大量其上具有規定信息坑的光盤基體。
作為根據本發明的壓模10上的抗腐蝕膜12，可以使用選自于前述三種合金(鎳合金、銀合金或者銅合金)中的任意合金。但是，當復制大量的光盤基體時，抗腐蝕膜12與壓模10的主體13的緊密粘結變得非常重要。考慮到這種緊密粘結，所希望的是用于壓模主體13的材料必須與形成抗腐蝕膜12的合金的主要成分一致。
更為具體地說，當鎳(Ni)被用于壓模主體13時，優選的是一種鎳合金被用于抗腐蝕膜12。另一方面，當壓模主體13中的材料是銀(Ag)時，優選的是一種銀合金被用于抗腐蝕膜12，而當壓模主體13中的材料是銅(Cu)時，優選的是一種銅合金被用于抗腐蝕膜12。
順便說說，從利用電鍍方法的觀點來看，利用鎳、銀或者銅形成壓模主體13是優選的，其中電鍍方法是一種用于制造壓模的傳統方法(一種用于制造壓模的方法將在后面予以詳細解釋)。
還有，當一種鎳合金被用于抗腐蝕膜12時，優選的是使用這樣一種鎳合金，其中鎳(Ni)被用作合金中的主要成分，并且添加有選自于下述材料中的一種、兩種或者多種釕(Ru)、銅(Cu)、磷(P)、鎂(Mg)、鉻(Cr)、金(Au)、硅(Si)、鈦(Ti)和銀(Ag)。在添加釕、銅、磷、鎂、鉻、金和/或硅的情況下，這些待添加元素的量最好不超過總量的25％重量比。在添加鈦和/或銀的情況下，這些待添加元素的量最好不超過總量的50％重量比。并不存在添加量的下限，但是優選的是超過總量的1％重量比。
還有，當一種銀合金被用于抗腐蝕膜12時，優選的是利用銀(Ag)作為合金中主要成分，并且添加有金(Au)或者銅(Cu)中的至少一種。這些元素的添加量最好是總量的1.0％重量比至5.0％重量比。
還有，當一種銅合金被用于抗腐蝕膜12時，優選的是利用銅(Cu)作為合金中的主要成分，并且添加有銀(Ag)或者鈦(Ti)中的至少一種。這些元素的添加量在添加銀的情況下最好是總量的1.0％重量比至10.0％重量比，在添加鈦的情況下最好是總量的1.0％重量比至5.0％重量比。
對于抗腐蝕膜12來說，通過利用含有如前所述元素和量的這些合金，能夠提高壓模10在使用過程中的耐用性。
前述抗腐蝕膜12的厚度沒有特別限制，只要其可以產生前述效果即可(也就是說，將不會遭受用于光盤基體的樹脂材料的腐蝕)。通常，厚度可以根據壓模的使用頻率(具體來說，利用所述壓模可以復制多少光盤)和類似因素任意設定。例如，利用30-200微米的厚度，優選的是30-100微米，可以確保獲得前述效果。
圖2A和2B是工藝流程圖，用于解釋一種根據本發明用于制造壓模的方法。
如圖2A中所示，抗腐蝕膜12可以通過一種傳統方法，比如濺射方法、真空汽相淀積方法、化學汽相電極方法(CVD)以及類似方法，直接形成在利用如圖5中所示的方法制得的壓膜24a或28的表面上(其上形成內凹形狀或者外凸形狀并且樹脂材料與其發生接觸的表面)，如圖2B中所示。需要注意的是，在圖2A和2B中，示出了一種用于外凸形壓模的示例，但是其還適用于內凹形壓模(例如在圖5中示出的壓模26)。
根據這種方法，用于成形抗腐蝕膜12的方法是一種也用于成形電極膜23的傳統方法，如圖5中所示。因此，無需特別為此準備新型設備，并且由此能夠輕易和方便地實施。
但是，存在有某些情況，即當抗腐蝕膜12借助于這些方法中的一種制成時，由于抗腐蝕膜12被制成其可以覆蓋住形成于所述壓模上的外凸形狀(或者內凹形狀)，并且抗腐蝕膜12本身的表面變為與樹脂材料發生接觸的表面，所以如果抗腐蝕膜12的表面形狀不是正確的外凸形狀(或者內凹形狀)，即將轉印至光盤上的信息坑的形狀會畸變。
圖3是與制造方法1不同的工藝流程圖，用于解釋一種根據本發明用于制造壓模的方法，并且具體來說，示出了一種用于在圖5中所示壓模26(也就是說“副原模”)的表面上成形抗腐蝕膜12的方法。
首先，如圖3(a)中所示，使用一個用于制造壓模(圖5中所示的原模24a)的模具，在其上形成有外凸形狀(圖5中所示的外凸圖案24b)，該外凸形狀對應于即將形成在壓模26(副原模)的與樹脂材料發生接觸的表面上的內凹形狀(圖5中所示的內凹圖案22b)。
接下來，在于外凸形壓模24a的表面上實施了鈍化處理之后，如圖3(b)中所示，在用于制造壓模(原模24a)的模具的其上形成有前述外凸形狀(外凸圖案24b)的表面上形成抗腐蝕膜12，該抗腐蝕膜12由選自于下述合金材料中的任意一種制成鎳合金、銀合金或者銅合金。任何傳統方法(例如濺射方法、真空汽相淀積方法、化學汽相淀積方法以及類似方法)均可以被用作一種用于成形抗腐蝕膜12的方法。接下來，如圖3(c)中所示，利用一種電鍍方法在抗腐蝕膜12上層疊一個金屬層26。
接著，如圖3(d)中所示，通過將層壓在抗腐蝕膜12上的金屬層26與抗腐蝕膜12本身一同從壓模制造模具24a上分離下來，可以獲得根據本發明在其表面上具有抗腐蝕膜12的副原模26a。
圖4是一個工藝流程圖，示出了一種用于在圖5中所示壓模28(也就是說“子壓模”)的表面上成形抗腐蝕膜12的方法。在這種情況下，也可以使用類似于圖3中所示的方法，利用一個用于制造壓模(圖5中所示的壓模26(副原模))的模具來制造壓模28。
也就是說，首先如圖4(a)中所示，使用一個用于制造壓模(圖5中所示的副原模26)的模具，在其上形成有內凹形狀(圖5中所示的內凹圖案22b)，該內凹形狀對應于即將形成在壓模28(子壓模)的與樹脂材料發生接觸的表面上的外凸形狀(圖5中所示的外凸圖案24b)。
接下來，在內凹形壓模26的表面上實施了鈍化處理之后，如圖4(d)中所示，在用于壓模制造模具26的其上形成有內凹形狀(內凹圖案22b)的表面上形成抗腐蝕膜12，該抗腐蝕膜12由選自于下述合金材料中的任意一種制成鎳合金、銀合金或者銅合金。任何傳統方法(例如濺射方法、真空汽相淀積方法、化學汽相淀積方法以及類似方法)可以被用作一種用于成形抗腐蝕膜12的方法。接下來，如圖4(c)中所示，利用一種電鍍方法在抗腐蝕膜12上層疊一個金屬層28。
如圖4(d)中所示，通過從壓模制造模具26上將層疊在抗腐蝕膜12上的金屬層28與抗腐蝕膜12本身一起分離下來，可以獲得根據本發明在其表面上具有抗腐蝕膜12的壓模28a。
如前所述，所述方法不是一種用于在其上即將形成抗腐蝕膜的壓模上直接成形抗腐蝕膜的方法，而是其特征在于，這種方法包括預先在用于制造壓模所需的壓模制造模具的表面上成形抗腐蝕膜；利用一種電鍍方法在所述抗腐蝕膜上成形一個金屬層(該金屬層成為所述壓模的主體)；以及隨后同時將所述金屬層與抗腐蝕膜一起分離下來，以便獲得其上固附有抗腐蝕膜的壓模。根據這種方法，本發明中的壓模可以通過利用一種傳統電鍍方法制造而成。還有，與利用前述制造方法1制得的壓模不同，抗腐蝕膜12的表面通過從壓模制造模具24a的表面上分離下來而形成。由此，其內凹形狀非常清晰，這樣就能夠使得即將從壓模轉印至光盤基體上的外凸形狀(信息坑)不會受損。
順便說說，盡管在附圖中沒有示出，但是所述抗腐蝕膜也可以通過前述制造方法2針對在圖5中示出的壓模24a(也就是說原模)而形成。在這種情況下，用作抗腐蝕膜的鎳合金、銀合金或者銅合金可以用于電極膜23。
示例按照前述制造方法2，在作為基體的外凸形壓模(圖3中的附圖標記24a)的表面上實施了鈍化處理之后，在其上借助于一種傳統的化學汽相淀積方法利用各種合金形成抗腐蝕膜(圖3中的附圖標記12)。
接著，借助于一種傳統電鍍方法利用與所述抗腐蝕膜相同的合金材料在所述抗腐蝕膜上層壓一個金屬層(圖3中的附圖標記26)。通過同時將金屬層(26)與抗腐蝕膜(12)一起從作為基體的壓模(圖3中的附圖標記24a)上分離下來，獲得在其表面上固附有抗腐蝕膜(12)的副原模(圖3中的附圖標記26a)。
在表1中示出了一種用于形成抗腐蝕膜和金屬層的合金。需要注意的是，抗腐蝕性能是在將壓模于室溫下持續96小時浸入5％鹽水溶液內之后通過針對表面狀態變化進行目測的結果。“○”表示在表面上沒有發現任何變化，“△”表示沒有發現腐蝕但是在邊緣處發現了少許變黑。
表1
正如前面解釋過的那樣，由于在根據本發明的壓模24a和類似構件中，在與作為光盤基體的樹脂材料發生接觸的表面上形成有一個抗腐蝕膜，該抗腐蝕膜由選自于下述合金材料中的一種制成鎳合金、銀合金或者銅合金，因此在保持即將復制在光盤上的信息坑形狀準確的同時，可以提高在所述壓模使用狀態下的耐用性。
當使用一種鎳合金作為用于形成所述壓模的材料時，由于在這種鎳合金中添加了選自于下述元素中的一種或者多種釕、銅、磷、鎂、鉻、金、硅、鈦或者銀，所以可以提高抵抗腐蝕的耐用性。
還有，當使用一種銀合金作為用于成形所述壓模的材料時，由于在這種銀合金中添加了金或銅中的至少一種，所以可以提高抵抗腐蝕的耐用性。
再有，當使用一種銅合金作為用于成形所述壓模的材料時，由于在這種銅合金中添加了銀或鈦中的至少一種，所以可以提高抵抗腐蝕的耐用性。
根據本發明中用于制造壓模的方法，這種方法包括使用一種壓模制造模具，其中形成有這樣的形狀和圖案，即這些形狀和圖案對應于即將成形在與用于所述壓模的樹脂材料發生接觸的表面上的信息坑等等；在所述壓模制造模具的形成有所述外凸形狀的表面上形成一個抗腐蝕膜12，該抗腐蝕膜12由選自于下述合金材料中的一種制成鎳合金、銀合金或者銅合金；借助于一種電鍍方法在抗腐蝕膜12上層壓一個金屬層；以及隨后將層壓在抗腐蝕膜12上的金屬層與抗腐蝕膜12本身一同從所述壓模制造模具上剝離下來。由此，根據本發明的壓模24a和類似構件可以在不使用新型設計的專用設備等等的條件下制造而成。
需要指出的是，盡管在前述實施例中提及了光盤基體的成形工藝，但是本發明并不局限于此，而是可以應用在用于在物品，比如光存儲器基體、硬盤基體、物鏡等等上制造細微圖案的模具的成形工藝。
權利要求
1.一種用于通過利用樹脂材料注射成型光盤基體的壓模，其中，在該壓模與樹脂材料發生接觸的表面上形成有一個抗腐蝕膜，該抗腐蝕膜包括選自于下述合金材料中的任意一種鎳合金、銀合金和銅合金。
2.根據權利要求1所述的壓模，其中，所述鎳合金包括作為主要成分的鎳，并且其中添加有選自于下述元素中的一種或者多種釕、銅、磷、鎂、鉻、金、硅、鈦和銀。
3.根據權利要求1所述的壓模，其中，所述銀合金包括作為主要成分的銀，并且其中添加有金或銅中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的壓模，其特征在于，所述銅合金包括作為主要成分的銅，并且其中添加有銀或鈦中的至少一種。
5.一種用于制造壓模的方法，其中所述壓模用在利用樹脂材料的注射成型工藝中，其特征在于，所述方法包括下述步驟利用一個用于制造所述壓模的模具，在該模具上形成有外凸形狀，這種外凸形狀對應于即將形成在所述壓模與樹脂材料發生接觸的表面上的內凹形狀；在所述模具的其上形成有前述外凸形狀的表面上成形一個抗腐蝕膜，該抗腐蝕膜由選自于下述合金材料中的任意一種制成鎳合金、銀合金和銅合金；借助于一種電鍍方法在所述抗腐蝕膜上層疊一個金屬層；以及接著同時將層疊在所述抗腐蝕膜上的金屬層和所述抗腐蝕膜一同從所述壓模制造模具上分離下來。
6.一種用于制造壓模的方法，其中所述壓模用在利用樹脂材料的注射成型工藝中，其特征在于，這種方法包括下述步驟利用一個用于制造所述壓模的模具，在該模具上形成有內凹形狀，這種內凹形狀對應于即將形成在所述壓模與樹脂材料發生接觸的表面上的外凸形狀；在所述模具的其上形成有前述內凹形狀的表面上形成一個抗腐蝕膜，該抗腐蝕膜由選自于下述合金材料中的任意一種制成鎳合金、銀合金和銅合金；借助于一種電鍍方法在所述抗腐蝕膜上層疊一個金屬層；以及接著同時將層疊在所述抗腐蝕膜上的金屬層和所述抗腐蝕膜從所述壓模制造模具上分離下來。
全文摘要
本發明涉及一種用于對樹脂材料注模成型的壓模，其特征在于，在該壓模與樹脂材料發生接觸的表面上形成有一個抗腐蝕膜，該抗腐蝕膜由選自于下述合金材料中的任意一種制成鎳合金、銀合金或者銅合金。還有，本發明提供了一種制造壓模的方法，包括下述步驟首先在用于制造壓模的模具的表面上形成抗腐蝕膜；然后在抗腐蝕膜上形成所述壓模；以及將所述壓模和抗腐蝕膜以一體的形式從所述模具上分離下來。由于該壓模與樹脂材料接觸的部分可以抵抗腐蝕，因此，該壓模呈現出優良的耐久性。
文檔編號B29C45/26GK1774752SQ20048001039
公開日2006年5月17日 申請日期2004年4月7日 優先權日2003年4月18日
發明者飯田哲哉, 勝村昌廣 申請人:日本先鋒公司