(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖可能なチャンバーの相互に移動可能な一対のチャンバー部材（１，２）を有し、第１チャンバー部材（１）が型打ち工具（３）を有し、第２チャンバー部材（２）が賦形可能な基材（５）のための基材支持部（４）を有している、前記型打ち工具（３）から賦形済み基材（５）を分離する装置において、
前記第１チャンバー部材（１）が、両チャンバー部材（１，２）の移動方向に平行に前記型打ち工具（３）に対し相対的に変位可能な基材保持具（１６）を有し、該基材保持具（１６）は、前記基材（５）を型打ち領域の外側で前記基材支持部（４）に対し押圧させることで前記基材（５）を該基材支持部（４）に対し固定させていること、
前記チャンバーを開いて賦形済み基材（５）を前記型打ち工具（３）から分離させるため、前記第１および第２チャンバー部材（１，２）を互いに逆方向へ離間させて、前記第１チャンバー部材（１）に設けた前記型打ち工具（３）と前記第２チャンバー部材（２）に設けた前記基材支持部（４）とを互いに逆方向へ離間させ、この離間時に、前記型打ち工具（３）に対し相対的に変位可能な前記基材保持具（１６）が前記基材（５）を前記基材支持部（４）に対し押圧し続けることで、前記賦形済み基材（５）を前記型打ち工具（３）から分離させるようにした装置。
【請求項２】
前記基材保持具（１６）が、前記型打ち工具（３）を支持している基部プレート（９）とともに、第１圧力チャンバー（１７）を画成している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記基材保持具（１６）が、前記型打ち工具（３）に対し該型打ち工具の周面にて係合している工具保持具（８）を取り囲んでいる、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１圧力チャンバー（１７）が、前記基材保持具（１６）によって画成されている環状溝（１３）として前記基部プレート（９）に加工されている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記基材保持具（１６）が、前記基材（５）上に静止しているときに、前記工具保持具（８）とともに第２圧力チャンバー（２８）を画成し、圧縮空気用の少なくとも１つのダクト（２７）が前記工具保持具（８）を介して前記第２圧力チャンバー（２８）内に案内され、前記チャンバーが開放されるときに前記型打ち工具（３）から前記基材（５）を離脱させるのを促進する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記基部プレート（９）が、圧縮空気供給ダクト（１８、２５）を備え、第１ダクトが前記第１圧力チャンバー（１７）に連通し、第２ダクトが前記工具保持具（８）内の前記ダクト（２７）に連通する、請求項５記載の装置。
【請求項７】
相互に移動可能な一対のチャンバー部材（１，２）によって画成される閉じたチャンバー内部で型打ち工具から賦形済み基材（５）を分離する方法であって、前記一対のチャンバー部材（１，２）のうち第１チャンバー部材が型打ち工具（３）を有し、第２チャンバー部材（２）が賦形可能な前記基材（５）のための基材支持部（４）を有している前記方法において、
前記基材（５）を、両チャンバー部材（１，２）の移動方向に平行に前記型打ち工具（３）に対し相対的に変位可能な基材保持具（１６）を用いて、型打ち領域の外側で前記基材支持部（４）に対し押圧させることで固定させ、前記チャンバーを開いて賦形済み基材（５）を前記型打ち工具（３）から分離させるため、前記第１および第２チャンバー部材（１，２）を互いに逆方向へ離間させて、前記第１チャンバー部材（１）に設けた前記型打ち工具（３）と前記第２チャンバー部材（２）に設けた前記基材支持部（４）とを互いに逆方向へ離間させ、この離間時に、前記型打ち工具（３）に対し相対的に変位可能な前記基材保持具（１６）が前記基材（５）を前記基材支持部（４）に対し押圧し続けることで、前記賦形済み基材（５）を前記型打ち工具（３）から分離させる方法。
【請求項８】
前記チャンバーを開くときに補助的に圧縮空気を用いて前記基材（５）を前記型打ち工具（３）の縁側から分離させる、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、閉鎖可能なチャンバーの相互に移動可能な一対のチャンバー部材を有し、第１チャンバー部材が型打ち工具を有し、第２チャンバー部材が賦形可能な基材のための基材支持部を有している、型打ち工具から賦形済み基材を分離する装置および方法に関する。
微細設計部品を製造する方法は、LIGA処理の名で周知されている（LIGAは、「プラスチックを使用するシンクロトロン放射、電気めっき、成形による平版印刷法」に相当するドイツ語の頭字語である）。たとえば熱可塑性樹脂層などの成型可能な材料中に成型工具を圧入することにより、好ましくは真空下および成型可能材料の軟化点を超える温度で、数ナノメートル〜数百マイクロメートルの範囲の高さを有する３次元パターンが製造される。
この目的に適するＤＥ（独国特許）196 48 844 C1による装置は、フレームに固定された１つのチャンバー部材と、１つの移動可能なチャンバー部材とを有するチャンバーを備える。チャンバー内部における圧力および温度条件の設定は、固定チャンバー部材に作用する力の予め決められた値に関連する。
高温成型工程が完了した後、固定チャンバー部材上の基材支持部に塗布した成型可能な材料は、工程によって生じる前記成型工具の大きいアスペクト比、収縮過程および表面粗さにより成型工具のパターンに付着し、適切な方法で分離されなければならない。
ＤＥ（独国特許）195 09 452 A1による装置は、離型の際に曲げ応力を低レベルに保ち、使用可能な成型工具表面に対する幾何学的制限を避けるように意図されており、この装置を離型に使用する。
微細構造が成型済み部品に転写される成型型インサートは、その縁部領域が突出装置によって囲まれ、この突出装置は、成型済み部品を離型するために静止位置と作業位置との間で移動することができる。加圧流体を充填できる空間は、成型済み部品から離れた突出装置の側に形成される。突出装置が作動位置にある場合、その意図は、流体が成型済み部品の縁部の下で作用し、成型型インサートと離型される成型済み部品との間に圧力を確立し、その結果離型を促進することである。さらに、流体からの圧力を使用して突出装置を作業位置に移動させることも意図されている。
しかし、開示される解決策では、この種の作業方法は、流体の二重機能に備えた空間が圧力チャンバーとして設計され、突出装置を変位させるためには空気圧シリンダとして作用するため、信頼性に乏しい。これは、成型型インサートおよび隣接する突出装置が、その上にある成型済み部品の層とともに、空間の壁要素として形成されるからである。成型済み部品が突出装置上に不確定な状態で付着すると、密封されない領域が生じる原因になり、装置の機能に相当な悪影響を及ぼす。
また、離型工程の制御は、適用される力の制御および機械的停止による終了のために不確定である。賦形済み部品の動作は、著しく制御されない状態である。
その他の欠点は、突出装置の縁部側が成型型インサートに一致することである。なぜなら、高価な部品とのこうした直接的な接触部は、破損の危険または工具に対するその他の悪影響を著しく高める。
本発明の目的は、操作上より信頼性がある離型を行い、高価な部品の破損を大幅に防ぐことである。
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の装置によれば、閉鎖可能なチャンバーの相互に移動可能な一対のチャンバー部材を有し、第１チャンバー部材が型打ち工具を有し、第２チャンバー部材が賦形可能な基材のための基材支持部を有している、前記型打ち工具から賦形済み基材を分離する装置において、前記第１チャンバー部材が、両チャンバー部材の移動方向に平行に前記型打ち工具に対し相対的に変位可能な基材保持具を有し、該基材保持具は、前記基材を型打ち領域の外側で前記基材支持部に対し押圧させることで前記基材を該基材支持部に対し固定させていること、前記チャンバーを開いて賦形済み基材を前記型打ち工具から分離させるため、前記第１および第２チャンバー部材を互いに逆方向へ離間させて、前記第１チャンバー部材に設けた前記型打ち工具と前記第２チャンバー部材に設けた前記基材支持部とを互いに逆方向へ離間させ、この離間時に、前記型打ち工具に対し相対的に変位可能な前記基材保持具が前記基材を前記基材支持部に対し押圧し続けることで、前記賦形済み基材を前記型打ち工具から分離させるようにした装置を特徴としている。
さらに、基材保持具は、チャンバー部材の移動方向に平行に変位させることができ、型打ち工具の支持部とともに、第１圧力チャンバーを閉鎖する。有利なことに、第１圧力チャンバーは、基材保持具によって画成されている環状溝として、型打ち工具の支持部に機械加工される。
圧力チャンバーは、可動部品として基材保持具を備え、チャンバーの容積を増加することにより基材保持具を基材方向に移動させる空気圧シリンダとして高度の信頼性で動作する。
また、基材保持具が型打ち工具の支持部上で工具保持具を囲み、工具保持具が型打ち工具の円周面の周囲に係合すると有利である。これは、高価な型打ち工具と可動部品との間の直接的な接触部を防ぐので、破損の危険性は著しく減少する。
さらに、基材上に存在する基材保持具は、工具保持具とともに第２圧力チャンバーを画成し、第２圧力チャンバーには、工具保持具を介して少なくとも１本の圧縮空気用ダクトが案内され、チャンバーが開放されるときに基材が型打ち工具から離脱するのを促進する。
型打ち工具の支持部は、圧縮空気用供給ダクトを備え、第１のダクトは第１圧力チャンバーに連通し、第２のダクトは工具保持具内のダクトに連通する。
さらに、本発明は、前記目的を達成するため、請求項７に記載の方法によれば、相互に移動可能な一対のチャンバー部材によって画成される閉じたチャンバー内部で型打ち工具から賦形済み基材を分離する方法であって、前記一対のチャンバー部材のうち第１チャンバー部材が型打ち工具を有し、第２チャンバー部材が賦形可能な前記基材のための基材支持部を有している前記方法において、前記基材を、両チャンバー部材の移動方向に平行に前記型打ち工具に対し相対的に変位可能な基材保持具を用いて、型打ち領域の外側で前記基材支持部に対し押圧させることで固定させ、前記チャンバーを開いて賦形済み基材を前記型打ち工具から分離させるため、前記第１および第２チャンバー部材を互いに逆方向へ離間させて、前記第１チャンバー部材に設けた前記型打ち工具と前記第２チャンバー部材に設けた前記基材支持部とを互いに逆方向へ離間させ、この離間時に、前記型打ち工具に対し相対的に変位可能な前記基材保持具が前記基材を前記基材支持部に対し押圧し続けることで、前記賦形済み基材を前記型打ち工具から分離させることを特徴としている。
チャンバーが開放されるときに固定縁部領域に形成される初期離脱領域のサイズが圧縮空気により増加し、チャンバーがさらに開放されると基材が型打ち工具から完全に分離するようにすると有利である。
ＤＥ（独国特許）195 09 452 A1に基づく周知の解決策では、成型済み部品は、突出装置による力の制御によってのみ機能的条件で成型型インサートから分離されるが、この方法と著しく異なり、基材を型打ち工具から分離する本発明の方法は、個々に制御可能な様々な機能シーケンスに分割される。基材は縁部領域の基材支持部に保持されるが、チャンバーの開放を適切に調節して型打ち工具から基材を分離することができる。成型済み部品の性能は、十分に制御可能である。基材は剥離または取り出すのではなく、先ず所定の位置に保持してから引き出す。
圧縮空気により行うことができる機能シーケンスでは、常に安定した圧力条件が保たれる個々の圧力チャンバーを提供する。有利なことに、分離動作は、反発作用が生じたり、工具からパターンが剥離したりしないように、成型可能材料を均一に取り外すように常に確実に制御することができる。手動補正を避けるとともに、成型後に再現可能な個々の処理ステップを自動化する可能性は、生産性の増大につながる。
本発明について、略示的な図面に関して以下に詳しく説明する。
図１は、微細設計パターンを成型する装置を示す。
図２は、図１に基づく装置に含まれる離型装置を示す。
図３は、離型が行われた後の離型装置の一部分を示す。
図１に基づく成型装置は、真空下で作動し、閉鎖可能なチャンバーとして構成され、相互に移動できるチャンバーの対１、２を備え、これらのチャンバーの一方のチャンバー部材１は型打ち工具３の支持部を備え、他方のチャンバー部材２は、基材支持部４上に賦形可能な基材５を備える。温度制御プレート６、７は、高温型打ちに必要な温度を設定する。
図２を見るとさらに詳しく分かるように、型打ち工具３の支持部は、基部プレート９に取り付けられて密封リング１０で封止される円筒工具保持具８を備え、型打ち工具３の円周面の周囲に係合する。内側の円筒面１４が工具保持具８の円筒円周面１５によって延びる環状溝１３は、基部プレート９内で機械加工され、このプレート９は、温度制御プレート６に取り付けられ、密封リング１１、１２を介して封止される。環状基材保持具１６は、チャンバー部材が動く方向に平行に変位でき、溝１３および溝１３を延ばす円周面１５とともに第１圧力チャンバー１７を形成し、この第１圧力チャンバーには、圧縮空気用の第１供給ダクト１８が基部プレート９を介して案内される。基材保持具１６は、その端部側に周囲シール２０とともにブランク保持具として機能する突出部１９を有し、封止手段２１、２２により、工具保持具８の外側円筒面１５および溝１３の外側円筒面２３にそれぞれ当たっている。その結果、軸線方向に移動可能な基材保持具１６は、空気圧シリンダのピストンのように作動することができる。移動の範囲は、基部プレート９により１方向に限定され、ストップ（図示しない）により他方向に限定される。復元ばね２４は、圧縮空気の供給が停止した後に、基材保持具１６をその静止位置に戻す機能を果す。基材保持具１６は、静止位置では、その突出部１９に設けた周囲シール２０が型打ち工具３の構造化表面から突出しないように、基材支持部４から持ち上げられているが、これは図示していない。
基部プレート９内の圧縮空気の第２供給ダクト２５は、垂直に走るダクト２６内に開き、工具保持具８内の他のダクト２７により端部側出口まで延長する。２つの供給ダクト１８、２５は、成型装置の空気圧制御システム（図示しない）により供給され、別個に作動させることができる。
たとえばＤＥ（独国特許）196 48 844 C1に基づいて型打ち工具３の表面のパターンが基材に転写される型打ちサイクルは、成型装置の閉鎖で開始する。この時点では、基材保持具１６は静止位置にある。空気圧制御システムを使用して適切な大気条件（真空）を設定し、温度制御プレート６、７を使用して所望の温度を設定した後、力および距離を調節した状態で２つのチャンバー部材１、２を互いに垂直に配置して、型打ち工具３を賦形可能基材５に接触させる。次に、力を調節した配置作業により、設定工程パラメーターに従って基材５を型打ち工具３内に圧入する。その後、温度調節プレート６、７により、チャンバーを工程依存離型温度まで冷却する。この期間中、型打ち作業によって生じた型打ち工具３と基材５との間の表面接触は、力が調節された状態で維持される。
離型温度に達すると、チャンバー内部で標準大気圧条件が再び確立する。圧力が平衡した後、圧縮空気は、空気圧ユニットにより供給ダクト１８に供給される。圧縮空気は、この工程に適する加圧気体媒体を意味すると考える。
第１圧力チャンバー１７内に圧力が形成されると、基材保持具１６はチャンバー部材２方向に移動し、突出部１９は、周囲シール２０とともに基材５の表面に静止する。この接触によって移動が停止するので、基材５は、空気圧に比例する力で基材支持部４方向に圧迫される。基材５上の環状突出部１９のシール軸受は、やはり基材５、工具保持具８および型打ち工具３によって画成される第２圧力チャンバー２８を形成し、ダクト２７はこの第２圧力チャンバー内に開く。
ダクト２５、２６、２７を介して圧力チャンバー２８に圧縮空気が充填された後、２つのチャンバー部材１、２間の距離は連続的に増加する。基材５は、第１圧力チャンバー１７内にゆきわたる圧力により基材保持具１６によって基材支持部４上に押圧し続けられ、縁部から型打ち工具３が取り外される。第２圧力チャンバー２８内に存在する圧縮空気は、形成される隙間内に直ちに流入し、空気圧に比例する離型力で基材５の離脱を促進する。離脱の進行に関連する空気が作用する領域の増加によって、離型力がさらに増加する。離脱工程は、基材５の外周部上で均一に分布し、反発作用には関係しない。
チャンバー部材１、２の連続的な移動は、予め決められた距離にわたって規定の均一な速度で行われる。この移動が終わった後、圧力チャンバー１７および２８に対する圧縮空気の供給が中断する。復元ばね２４は、基材保持具１６をその静止位置に移動させる。
基材５が型打ち工具３から完全に離脱すると、チャンバーを開放することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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