(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造を備えるスタンパが保持された下金型と、これに対向する上金型との協働により、該微細構造を樹脂に転写成形する微細構造転写成形装置であって、
前記微細構造が収容される窓部が設けられた形状を有し、前記スタンパの上面に配設される剥離板と、該剥離板を前記スタンパに対し垂直方向に上下動させる案内手段と駆動手段とを有する微細構造転写成形装置。
【請求項２】
スタンパは、微細構造を備える複数個の単位スタンパがスタンパ受けにはめ込まれてなる分割型とされ、
剥離板は、前記各単位スタンパの微細構造をそれぞれ収容する複数の窓部を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の微細構造転写成形装置。
【請求項３】
上金型は、樹脂をスタンパに対して押圧する押圧部分が単位スタンパ毎に設けられているものであることを特徴とする請求項２に記載の微細構造転写成形装置。
【請求項４】
スタンパは、複数個の単位微細構造を備え、
剥離板は、前記単位微細構造それぞれを収容する複数の窓部を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の微細構造転写成形装置。
【請求項５】
転写成形される樹脂は、スタンパに溶融樹脂を塗付することにより供給されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の微細構造転写成形装置。
【請求項６】
溶融樹脂のスタンパへの塗布は、剥離板の上面に溶融樹脂が一体になるように行われることを特徴とする請求項５に記載の微細構造転写成形装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の微細構造転写成形装置に、さらに、微細構造が転写成形された樹脂を剥離板から剥離し回収する回収装置を有することを特徴とする微細構造転写成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス式の微細構造転写成形装置において転写成形された被成形体をこれが付着したスタンパから容易に剥離することができる剥離板を設けた微細構造転写成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス、光デバイス、記録メディア、バイオデバイス等の分野において微細構造を有する樹脂成形体が種々の方法で製造されている。このような微細構造体の製造方法のうちで、微細構造を有するスタンパに樹脂を押圧することによりその微細構造が転写成形された微細構造体を製造する方法がある。この方法は、種々の樹脂を使用することができ生産性が高いことから注目されているが、転写成形された微細構造体をスタンパから剥離するのが容易でなく、また、剥離する際の微細構造体の損傷が問題になっている。
【０００３】
この微細構造体の剥離の問題を解決するために、例えば、特許文献１に、所望のパターンが形成されたスタンパに被成形物を押し付けて熱転写する熱転写プレス成形装置において、前記プレス固定部と前記プレス可動部の少なくとも一方に、前記スタンパを装着可能なスタンパ保持部を有し、前記スタンパ保持部は、前記スタンパに接触する熱転写後の前記被成形物を前記スタンパから離れる方向に押出可能なノックアウトピンを備え、前記ノックアウトピンは、前記被成形物を押出可能な位置の近傍において空気噴出可能なエアー噴出し部を有する熱転写プレス成形装置が提案されている。
【０００４】
特許文献２に、プレス式の賦形装置において賦形後の基材を型打ち工具（スタンパ）から離脱させる装置に係る発明が提案されている。すなわち、型打ち工具の外周を空気圧により上下動する基材保持部を設け、その基材保持部が転写成形時には型打ち工具に対向する基材支持部に基材を押圧・固定し、転写成形後には基材を型打ち工具から離脱させる装置が提案されている。
【０００５】
特許文献３に、スタンパに形成された微細構造を成形部材の表面に転写する転写方法であって、転写成形されスタンパに付着した成形部材を吸引してスタンパから離型する転写方法、また、さらに成形部材に吸引力を加えた後にスタンパと成形部材との間に圧縮空気を導入して離型を促進させる転写方法が提案されている。
【０００６】
特許文献４に、プレス式の微細構造転写成形装置において、熱可塑性樹に転写成形された転写体を微細な凹凸部に付着させたまま、前記微細な凹凸部を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下に急速に冷却し、前記微細な凹凸部と前記転写体との付着力を低減させる工程；および、前記鏡面に転写体を付着させながら、前記上金型および下金型を前記微細な凹凸部の面に対し垂直方向に開放し、前記転写体を前記微細な凹凸部から離型する工程を有する成形体の製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2008-254353号公報
【特許文献１】特開2002-509499号公報
【特許文献３】特開2009-190373号公報
【特許文献４】特開2008-265001号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
転写成形された微細構造体をスタンパから離脱又は離型（剥離）させる手段として、特許文献１又は２に提案された装置のように転写成形された微細構造体に機械的な力を加える方法は、微細構造体をスタンパから迅速に剥離することができるが、微細構造体を損傷させやすいという問題がある。特許文献３に提案された転写方法のように空気圧を利用する方法は、上記の機械的な力を加える方法よりは微細構造体にかかる損傷は小さいが、なお微細構造体に外力が掛かる方法であり、稠密な微細構造を有する微細構造体、高アスペクト比の微細構造体又はナノオーダーの微細構造体の場合は損傷を生ずる恐れがある。
【０００９】
一方、特許文献４に提案されている製造方法は、微細構造体に機械的な力や空圧力などの外力を負荷させることなく、微細構造体をスタンパから垂直方向に剥離することができる点で優れる。しかしながら、微細構造体が容易に剥離できる程度に微細構造体とスタンパとの付着力が低下するまで金型温度を下げなければならず、生産性が悪くなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、稠密、高アスペクト比の微細構造体又はナノオーダーの微細構造であってスタンパからの剥離抵抗が大きな微細構造体を、スタンパから損傷させることなくかつ迅速に剥離することができる微細構造転写成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、転写成形された微細構造体を損傷させることなく安全にスタンパから剥離するには微細構造体をスタンパから垂直方向に剥離することが重要であることに着目して本発明を完成させた。
【００１２】
本発明に係る微細構造転写成形装置は、微細構造を備えるスタンパが保持された下金型と、これに対向する上金型との協働により、該微細構造を樹脂に転写成形する微細構造転写成形装置であって、前記微細構造が収容される窓部が設けられた形状を有し、前記スタンパの上面に配設される剥離板と、該剥離板を前記スタンパに対し垂直方向に上下動させる案内手段と駆動手段とを有してなる。
【００１３】
上記発明において、スタンパは、微細構造を備える複数個の単位スタンパがスタンパ受けにはめ込まれてなる分割型とされ、剥離板は、前記各単位スタンパの微細構造をそれぞれ収容する複数の窓部を有するものとすることができる。この微細構造転写成形装置において、上金型は、スタンパに樹脂を押圧する押圧部分が単位スタンパ毎に設けられているのがよい。
【００１４】
また、スタンパは、複数個の単位微細構造を備え、剥離板は、前記単位微細構造それぞれを収容する複数の窓部を有するものとすることができる。
【００１５】
上記発明において、転写成形される樹脂は、スタンパに溶融樹脂を塗付することにより供給されるようにするのがよい。そして、溶融樹脂のスタンパへの塗布は、剥離板の上面に溶融樹脂が一体になるように行うのがよい。
【００１６】
上記微細構造転写成形装置において、さらに、微細構造が転写成形された樹脂を剥離板から剥離し回収する回収装置を設けることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る微細構造転写成形装置によれば、転写成形された微細構造体が、稠密、高アスペクト又はナノオーダーの微細構造のようにスタンパからの剥離抵抗が大きな微細構造体であってもその微細構造を損傷させることなくかつ迅速にスタンパから剥離することができる。このため、本発明に係る微細構造転写成形装置によれば、アスペクト比の高い微細構造体、あるいは稠密な又はナノオーダーサイズの微細構造を有する微細構造体を好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る微細構造転写成形装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１に係る微細構造転写成形装置を使用し、溶融樹脂から微細構造体を製造する場合の説明図である。
【図３】本発明に係る微細構造転写成形装置の他の実施例の下金型部分を示す模式図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はAB断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。図１は、本発明に係る微細構造転写成形装置の構成を示す模式図である。図１（ａ）は正面図を示し、図１（ｂ）は剥離板の平面図を示す。図１に示すように、本発明に係る微細構造転写成形装置は、微細構造25を備えるスタンパ20が保持された下金型30と、これに対向する上金型40との協働により、微細構造25を樹脂に転写成形する微細構造転写成形装置である。そして、本微細構造転写成形装置は、微細構造25が収容される窓部13が設けられた形状を有し、スタンパ20の上面に配設される剥離板10と、剥離板10をスタンパ20に対し垂直方向に上下動させる案内手段と駆動手段とを有する。
【００２０】
剥離板10は、図１（ｂ）に示すように本体部分11が平板状で、窓部13を有している。剥離板10は、例えば、厚さ0.2〜1mmのステンレス板、黄銅板等を使用することができる。剥離板10は樹脂及びスタンパに対して剥離性に優れるものがよい。
【００２１】
窓部13は、微細構造25が収容できる大きさになっている。窓部13は、窓枠を形成する本体部分11にその周囲が囲まれている。窓部13の形状は、本例のような矩形状、あるいは円形状その他の形状を採用することができ、微細構造25の形状、分布等により、適切な窓部13の形状、配置が採用される。
【００２２】
剥離板10の本体部分11は、転写成形される樹脂が本体部分11とスタンパ20とのスキマに入り込み難いように、スタンパ20の表面に密着しているのがよい。また、窓枠を形成する本体部分11の幅は、本体部分11とスタンパ20とのスキマに入り込む樹脂長の長さ以上になるように決められる。これにより、樹脂がスタンパ20の外縁部まで入り込み、スタンパ受け35に樹脂が付着するような不都合を防止することができ、転写成形加工品質の低下又は作業性の低下を防止することができる。
【００２３】
スタンパ20は、微細構造を転写成形することができるモールドであればよく、公知のものを使用することができる。例えば、Ni系の金属材料、シリコン、石英、炭化珪素又はカーボン系材料等のものを使用することができる。スタンパ20は金型に装着される方式のものに限らず微細構造を有する金型自体であってよい。また、スタンパ20は、図１に示すようにスタンパ受け35を介して下金型30に取り付けられるものであっても、直接に下金型30に取り付けられるものであってもよい。
【００２４】
また、スタンパ20は、同一形状の複数のスタンパ20（単位スタンパ）がスタンパ受け35にはめ込まれた分割型のものであってもよく、全体が一体になった単一型のスタンパであってもよい。本例の場合、図１に示すように、スタンパ20は、４つの単位スタンパからなり、それぞれの単位スタンパに微細構造が備えられており、それぞれの微細構造はそれぞれの窓部13に収容されるようになっている。
【００２５】
スタンパ20に備えられる微細構造25は、種々の形態のものを採用することができる。例えば、転写成形された樹脂との剥離抵抗が大きい稠密、高アスペクト又はナノオーダーの微細構造を有する微細構造体であってもよい。凹凸、突起、孔又は溝の直径、辺長又は幅が10nm〜１μm、高さ又は深さが10nm〜100μmの大きさの微細構造でもよく、アスペクト比が1〜20の微細構造でもよい。
【００２６】
また、スタンパ20に備えられる微細構造25は、スタンパ20の全体において同一の形状、分布等を有する単一の形態の微細構造とすることができ、また、同一の形状、分布等を有する単位微細構造が複数集まった形態（微細構造群）とすることができる。微細構造群は、それぞれ異なる形状、分布等を有する単位微細構造が複数集まった形態のものとすることもできる。スタンパ20に備えられる微細構造25は、その特性に合わせて種々の形態が採用され、また、スタンパ20はその形態に合わせて単一型あるいは分割型が採用される。
【００２７】
本微細構造転写成形装置は、転写成形が行われた後に剥離板10をスタンパ20に対し垂直方向に上下動させ転写成形された樹脂をスタンパから剥離する。このため、本微細構造転写成形装置は、上述のように、剥離板10をスタンパ20に対し垂直方向に上下動させる案内手段と駆動手段とを有する。
【００２８】
本例において、スタンパ受け35に垂直方向に明けた穴22が案内手段としての機能を発揮する。すなわち、穴22が案内手段として機能する。そして、回収装置50が駆動手段として機能する。回収装置50は、下金型30と上金型40の間の所定の作業位置に挿入されて上下動可能であるとともに所定位置に待避可能になっている。従って、転写成形後に、回収装置50を作業位置に挿入し回収装置50に設けられたアーム54を剥離板10の穴18を通してスタンパ受け35の穴22に差込み、アーム54を剥離板10に固着させた後、回収装置50を上昇させることにより、剥離板10をスタンパ20に対し垂直方向に上昇させることができる。
【００２９】
本発明において、転写成形される樹脂は、加熱軟化された樹脂シートのようなものであってもよいが、溶融樹脂であるのがよい。すなわち、本発明は、スタンパ20に溶融樹脂を塗付し、塗付された溶融樹脂に転写成形を行った後、冷却・固化を行うことにより転写成形された微細構造体を製造する微細構造転写成形装置に好適に使用することができる。
【００３０】
図２に、図１に示す微細構造転写成形装置を用いて溶融樹脂に転写成形を行う場合を説明する。図２（ａ）に示すように、微細構造25を備えるスタンパ20をスタンパ受け35を介して保持させた下金型30と、これに対向する上金型40とを有する微細構造転写成形装置に、樹脂供給装置（図示せず）により溶融樹脂60をスタンパ20に塗付する。溶融樹脂60の塗布は、剥離板10の上面に一体の溶融樹脂が形成されるように行い、溶融樹脂は、窓部13を通してスタンパ20の微細構造25を一体に覆うように供給される。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように上金型40が下降し、溶融樹脂60は押圧部分45によりスタンパ20に押圧されて転写成形が行われる。転写成形が行われた樹脂は冷却されて固化し、微細構造が転写成形された微細構造体が形成される。転写成形後、上金型40は上昇し、回収装置50が作業位置に挿入される。微細構造体は、一般に、スタンパ20との付着力が大きいので押圧部分45から剥離されスタンパ20の方に付着する。
【００３２】
次に、回収装置50が下降し、アーム54の先端部が穴22に入れ込まれ、アーム54が剥離板10と一体に固着される。そして、回収装置50が上昇を始めると、図２（ｃ）に示すように、アーム54は穴22をガイドにして剥離板10とともにスタンパ20に対して垂直方向に上昇する。剥離板10とスタンパ20との接触力は弱いので、微細構造体をスタンパ20から剥離する剥離力は小さくなる。微細構造体は、その周囲が剥離板10に保持された状態で安全にスタンパ20から垂直方向に剥離される。
【００３３】
スタンパ20から剥離された微細構造体は、回収装置50により所定位置に回収される。微細構造体は、剥離板10との接触力及び接触面積が小さく、剥離板10から容易に剥離することができる。微細構造体が剥離された剥離板10は、再使用に供される。
【００３４】
本微細構造転写成形装置においては、このように転写成形された微細構造体をスタンパ20から安全かつ容易に剥離することができるので、転写成形された微細構造体を損傷させることなくスタンパ20から剥離することができる。従って、剥離抵抗の大きな稠密、高アスペクト又はナノオーダーの微細構造を有する微細構造体であっても、その微細構造を損傷させることなくスタンパ20から剥離することができる。本微細構造転写成形装置によれば、例えば、凹凸、突起、孔又は溝の直径、辺長又は幅が10nm〜１μm、高さ又は深さが10nm〜100μmの大きさの微細構造を有する微細構造体を成形することができる。また、アスペクト比が1〜20の微細構造を有する微細構造体を成形することができる。本微細構造転写成形装置は、特に0.1μ未満の、孔又は溝の直径、辺長又は幅の微細構造を有する微細構造体の製造に好適に使用することができる。
【００３５】
本微細構造転写成形装置において、溶融樹脂60は、その材質を特に問わない。本発明は、使用する樹脂の材質に関わらず、微細構造体の厚さが薄い場合又は強度が低い場合、あるいは微細構造部分に粗密がある場合等において、成形された微細構造体をスタンパから剥離するときに微細構造体又はスタンパの微細構造部分を損傷しやすい場合等に、好適に使用することができる。
【００３６】
以上、本発明に係る微細構造転写成形装置について説明した。本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明は、例えば、図３に示す構成のものであってもよい。本例の微細構造転写成形装置は、円形状の単一のスタンパ20を有し、そのスタンパ20が備える微細構造25に特徴を有する。すなわち、微細構造25は、同一の形状、分布等を有する単位微細構造が４区分に分けて存在する微細構造群を形成している。また、剥離板10は、平板状の本体部11とその周縁の周壁部12を有し、ボス14を有している。そのボス14は、スタンパ20に設けられたベアリング27に嵌入されている。そして、ボス14の底面は空気孔37に通じており、空気孔37は真空ポンプ及びコンプレッサー（図示せず）に通じている。スタンパ20は、スタンパ受け35を介して下金型に固定されている。
【００３７】
本微細構造転写成形装置においては、空気孔37を通じて空気の吸引又は送気を行うことにより、ベアリング27をガイドにしてボス14をスタンパ20に対して垂直方向に上下動させることができる。すなわち、空気の吸引又は送気によりボス14を介して剥離板10をスタンパ20に対して垂直方向に上下動させることができるようになっている。本微細構造転写成形装置においては、ベアリング27が案内手段として機能し、空気孔37を通じて空気の吸引又は送気を行う真空ポンプ及びコンプレッサーが駆動手段として機能する。
【００３８】
本微細構造転写成形装置は、剥離板10とスタンパ20とが一体に構成されており、作業毎に剥離板10をスタンパ20に配設しなくてよいという利点がある。なお、本微細構造転写成形装置においては、スタンパ20から剥離された微細構造体は、例えば、吸引手段により剥離板10から容易に剥離され、回収することができる。
【符号の説明】
【００３９】
10    剥離板
11    本体部
12    周壁部
13    窓部
14    ボス
18    穴
20    スタンパ
22    穴
25    微細構造
27    ベアリング
30    下金型
35    スタンパ受け
37    空気孔
40    上金型
45    押圧部分
50    回収装置
54    アーム
60    溶融樹脂
【図１】
0005543531.tif 000002
【図２】
0005543531.tif 000003
【図３】
0005543531.tif 000004