CN101223018A - 成型装置及其制造方法、以及成型方法 - Google Patents

Abstract

一种成型装置，具备：第1部件；第2部件，配置在上述第1部件表面的一部分区域上，由具有比该第1部件的导热率高的导热率的材料形成，并且在朝向与该第1部件侧相反侧的表面上具有形成有成型用图形的图案面；加热器，从上述第2部件的内部侧对该第2部件的上述图案面侧的表层进行加热；以及流路，配置在上述第1部件与上述图案面之间，并流过与该第2部件之间进行热交换的热介质。

Description

成型装置及其制造方法、以及成型方法

技术领域

本发明涉及一种成型装置及其制造方法，尤其是涉及可对形成有成型用图形的图案面进行加热或者冷却的成型装置及其制造方法。本发明还涉及一种成型方法，尤其是涉及使用具有流过冷却图案面的介质的流路的成型装置的成型方法。

背景技术

一种将熔融的成型材料填充到模具中，并将形成在模具的图案面上的成型用图形转印到成型材料上的技术被广为使用。

当填充到模具中的成型材料的温度降低而损失流动性时，成型材料不会被良好地填充到成型图形的凹部、转印精度不会被提高。通过加热模具而防止成型材料的温度降低，可提高转印精度。

成型图形被转印到成型材料上之后，通过迅速冷却成型材料而使其固化，来提高生产率。通过冷却模具，可促进成型材料的冷却。

公开有具有对模具进行加热或者冷却的机构的成型装置。例如，在日本特开2000-823号公报中公开有如下的成型装置。如图7所示，在该成型装置中，在内部形成有冷却水流路101的模基座102之上，形成有由非导电性绝热材料构成的第1层103。在第1层103之上形成有通过通电来发热的面状加热器104，在面状加热器104之上形成有由非导电性材料构成的第2层105。在第2层105之上形成有具有图案面的表面部件106。

并且，例如在日本特开平8-156028号公报中公开有如下的成型装置。如图7B所示，在该成型装置中，在可动模201上嵌入有型芯块202，在型芯块202的内部形成有高温空气的流路203以及冷却介质的流路204。在型芯块202与可动模201之间形成有由空气层构成的绝热层205。在固定模201a上嵌入有型腔块202a，在型腔块202a的内部形成有冷却介质的流路204a。在型腔块202a与固定模201a之间，形成有由空气层构成的绝热层205a。在型芯块202与型腔块202a之间，划定为露出图案面的型腔206。

型芯块202和型腔块202a由用于减小热容量的铝合金形成。型芯块202和型腔块202a的优选厚度分别为20～40mm。

如图所示，在型芯块202和型腔块202a未完全闭合、稍微打开的状态下，在型芯块202与型腔块202a之间所划定的空间中，高温空气的流路203开口。在该状态下，通过在该空间内使高温空气流通，来加热在该空间中露出的图案面。在加热图案面之后，将型芯块202与型腔块202a完全闭合，并将成型材料填充到型腔206中，进行成型图形的转印。

如果使用日本特开2000-823号公报和日本特开平8-156028号公报所公开的成型装置，则可对图案面进行加热和冷却。

在日本特开2000-823号公报的成型装置中，在冷却水流路与具有图案面的表面部件之间隔着由绝热部件构成的第1层。因此，不能有效地冷却图案面。如果使用日本特开平8-156028号公报的成型装置，则由于在冷却介质流路与图案面之间不隔着绝热层，因此能有效冷却图案面。

但是，在日本特开平8-156028号公报的成型装置中，从型腔侧加热图案面。当型腔内填充有成型材料时，不能进行图案面的加热。在成型图形的转印时，不容易将图案面保持在期望的温度以上。

近年，存在成型图形微细化的趋势，并期望制作适合于微细成型图形的转印的小成型装置。同时期望有适合于成型装置的小型化的图案面的加热或者冷却机构。在成型装置中，为了将成型用图形转印到成型材料上，而将成型材料按压到图案面上。如日本特开2000-823号公报和日本特开平8-156028号公报所公开那样，在具备流过冷却介质的流路的成型装置中，在将成型材料按压到图案面上时，容易施加使流过冷却介质的流路变形的力。由此，可能损伤流路。

发明内容

本发明的一个目的为，提供一种成型装置，其具有适合于成型装置小型化的构成。

本发明的其他目的为，提供一种成型装置，可有效冷却图案面，并且在将图案面上形成的成型图形向成型材料转印时，容易将图案面保持在期望的温度以上。

本发明的另一其他目的为，提供一种适合于图案面的良好加热的成型装置。

本发明的另一其他目的为，提供一种适合于制造上述那种成型装置的制造方法。

本发明的另一其他目的为，提供一种成型方法，可适用于通过具备流过冷却介质的流路的成型装置对成型材料进行成型的方法，并可抑制流路的损伤。

根据本发明的第1观点，提供一种成型装置，具备：第1部件；第2部件，配置在上述第1部件表面的一部分区域上，并且在朝向与该第1部件侧相反侧的表面上具有形成有成型用图形的图案面；以及流路，其内壁由上述第1部件的表面与上述第2部件的表面协同划定，该流路流过与该第2部件之间进行热交换的热介质。

根据本发明的第2观点，提供一种成型装置，具备：第1部件；第2部件，配置在上述第1部件表面的一部分区域上，由具有比该第1部件的导热率高的导热率的材料形成，并且在朝向与该第1部件侧相反侧的表面上具有形成有成型用图形的图案面；加热器，从上述第2部件的内部侧对该第2部件的上述图案面侧的表层进行加热；以及流路，配置在上述第1部件与上述图案面之间，并流过与该第2部件之间进行热交换的热介质。

根据本发明的第3观点，提供一种成型装置，具备：第3部件，具有形成有成型用图形的图案面；以及加热器，配置在上述第3部件上，对该第3部件的上述图案面侧的表层进行加热，从上述加热器到上述图案面的最短距离为上述图案面具有的凹部的最大深度的5～10倍。

根据本发明的第4观点，提供一种成型装置的制造方法，具备如下工序：将第1部件的表面部分地蚀刻而形成槽；以及将由具有比该第1部件的导热率高的导热率的材料形成、并在表面上具有形成有成型用图形的图案面的第2部件的、与该图案面侧相反侧的表面，和上述第1部件的形成有槽的表面贴合，由此形成由上述槽的内面和上述第2部件的表面划定的流路。

根据本发明的第5观点，提供一种成型装置的制造方法，具备如下工序：在由具有电绝缘性的材料构成的绝缘性支承部件的表面上，层积具有形成有成型用图形的图案面的转印构造体；在上述绝缘性支承部件的与层积上述转印构造体的一侧相反侧的表面上，形成由导电性材料构成的导电层；以及对上述导电层进行印刻图形而形成加热器。

根据本发明的第6观点，提供一种成型方法，具备如下工序：将成型材料按压在构造体的图案面上，该构造体在表面上具有形成有成型用图形的该图案面、在内部形成有流过用于与该图案面之间进行热交换的热介质的流路；以及与将成型材料按压到上述图案面上的定时同步地，使对该流路内的该热介质施加的压力、和在该流路流动的该热介质的流量的至少一方改变，以便使上述热介质施加到上述流路的内壁的压力提高。

在本发明第1观点的成型装置中，第1部件的表面与第2部件的表面协同划定上述流路的内壁。即通过使第1部件的表面与第2部件的表面贴合来形成流路。在第1部件或第2部件的内部没有形成流路，因此即使第1部件或第2部件变小也容易形成流路。

在本发明第2观点的成型装置中，将流过与第2部件之间进行热交换的热介质的流路配置在第1部件与图案面之间。因此，可有效进行图案面的冷却。并且，加热器从第2部件的内部侧加热第2部件的图案面侧的表层。由此，在图案面上形成的成型图形被转印到成型材料上时，可容易地将图案面保持在期望的温度以上。

在本发明第3观点的成型装置中，从加热器到图案面的最短距离被调整为图案面具有的凹部的最大深度的5～10倍。由此，例如，容易抑制温度分布的不均地加热图案面。

在本发明第4观点的成型装置的制造方法中，通过使形成槽的第1部件的表面与第2部件的表面贴合，来形成流路。由此，容易形成微细的流路。

在本发明第5观点的成型装置的制造方法中，通过对导电层进行印刻图形，来形成加热器。由此，例如容易形成微细的加热器。

在本发明第6观点的成型方法中，与成型材料被按压到图案面上的定时同步地，提高热介质施加到流路的内壁上的压力。由此，可抑制由成型材料被按压到图案面上引起的流路的内壁变形、流路损伤。

附图说明

图1是概略表示本发明第1实施例的成型装置的剖视图。

图2A为推杆4的剖视图，图2B为推杆4的俯视图。

图3A～图3F为用于说明作为推杆4的一部分的图案面侧构造体4A的制作方法的剖视图。

图4A～图4D为用于说明作为推杆4的一部分的支承部件侧构造体4B的制作方法的剖视图。

图5A为用于说明接合图案面侧构造体4A与支承部件侧构造体4B的方法的、推杆上部构造体4C的剖视图，图5B是作为推杆4的一部分的支承部件20的剖视图。

图6是表示成型材料施加到图案面4a上的压力、泵6c施加到冷却水的压力、通过阀6d的冷却水的流量以及流到加热器H中的电流，在成型加工中如何变化的时序图。

图7A和图7B是概略表示现有技术的成型装置的剖视图。

图8A和图8B是概略表示本发明第2实施例的成型装置的剖视图。

图9是用于说明使用第2实施例的成型装置的成型方法的图表。

图10是用于说明流路及加热器的形状的例子的俯视图。

具体实施方式

图1是概略表示本发明第1实施例的成型装置的剖视图。由固定模具1a和可动模具1b构成模具1。在模具1闭合的状态下，在固定模具1a和可动模具1b之间，划定包含流道2a和型腔2b的空间2。

通过使配置在缸30内部的螺杆30a旋转，将熔融状态的成型材料从缸30射出。成型材料例如为聚碳酸脂等树脂。驱动机构30b驱动螺杆30a。从缸30射出的成型材料通过在固定模具1a上形成的喷嘴3a和直浇道3b注入空间2。注入到空间2的成型材料通过流道2a填充到型腔2b。

在可动模具1b上组装有具有形成有成型用图形的图案面4a的推杆4。图案面4a划定型腔2b的内壁的一部分。与向型腔2b填充成型材料同步，驱动机构40移动推杆4以使型腔2b变窄。

通过螺杆30a将成型材料注入型腔2b的压力，成型材料被按压到图案面4a上。并且，由于推杆4向型腔2b侧移动，因此成型材料被按压到图案面4a上的压力被提高。通过将成型材料按压到图案面4a上，成型用图形被转印到成型材料的表面上。控制装置50控制螺杆30a的驱动机构30b以及推杆4的驱动机构40，以便使成型材料在期望的时刻、以期望的压力被按压到图案面4a上。

在推杆4的内部组装有通过通电而发热的加热器H，通过加热器H可加热图案面4a。电源5a经由导线5b和5c与加热器H连接。控制装置50控制加热器H的电源5a。

加热器H加热图案面4a，以便在被注入型腔2b的成型材料良好地填充到图案面4a的成型图形的凹部中之前，保持成型材料充分熔融的状态。由此，可将成型材料良好地填充到成型图形的凹部，因此提高转印精度。

在推杆4的内部还组装有流过可冷却图案面4a的冷却水的流路C。流路C与形成在推杆4内部的给水用流路6a和排水用流路6b连接。泵6c调整流入流路C的冷却水的压力。阀6b调整从流路C流出的冷却水的流量。控制装置50控制泵6c和阀6d。

在成型图形被转印到成型材料上之后，使冷却水流过流路C，来冷却图案面4a。由此，可迅速地使成型材料冷却固化，因此可实现生产率的提高。

另外，推杆4可从可动模具1b中取出，并可与具有形成有其他成型用图形的图案面的其他推杆进行交换。

下面，参照图2A和图2B更详细地说明推杆4。图2A表示推杆4的图案面4a附近的剖视图。在支承部件20上安装有绝热部件14。支承部件20例如由SUS等金属构成，绝热部件14例如由派拉克斯(注册商标)玻璃构成。绝热部件14的厚度例如为1～2mm。在绝热部件14的上表面上形成有槽15。

在绝热部件14上安装有由具有电绝缘性的硅构成的硅部件12。硅部件12的厚度例如为150μm。硅部件12具有下侧硅部件12a与上侧硅部件12b从绝热部件14侧顺序地层积的构造。下侧硅部件12a与上侧硅部件12b的导热率比绝热部件14的导热率高。

下侧硅部件12a以堵塞槽15的开口(如盖住开口)的方式配置在绝热部件14的上表面上。由下侧硅部件12a堵塞开口的槽15形成流过冷却水的流路C。穿过支承部件20和绝热部件14的给水用流路6a和排水用流路6b与流路C连接。

加热器H配置在下侧硅部件12a与上侧硅部件12b之间，并被埋入硅部件12的内部。加热器H例如由镍铬合金构成，并通过进行通电而发热。在加热器H的两端分别安装有电极13a和13b。电极13a和13b贯通下侧硅部件12a，并到达其下表面上。

在绝热部件14的侧面上形成有由金属构成的电极取出垫(pad)13c和13d。电极13a和13b分别经由电极取出垫13c和13d与导线5b和5c连接。

在上侧硅部件12b上形成有例如由镍等金属构成的转印构造体11。转印构造体11由薄膜状的种子层(seed layer)11a、和形成在该种子层11a上，在种子层11a的厚度方向上细长的多个柱状构造体11b构成。种子层11a的厚度例如为数十nm，柱状构造体11b的高度例如为数十μm。转印构造体11露出在型腔2b的面构成图案面4a。

另外，转印构造体11的导热率比绝热部件14的导热率高。硅部件12与转印构造体11构成导热部件10。另外，埋入硅部件12的加热器H的导热率也比绝热部件14的导热率高。

图2B是推杆4的俯视图、表示加热器H和流路C的形状。在圆盘状的下侧硅部件12a的表面上，配置有具有蛇行形状的线状加热器H。加热器H的线宽例如为100μm。加热器H的在纸面上上行的部分与下行的部分，例如以中心间隔(间距)200μm相互平行地配置。在加热器H的两端分别连接电极13a和13b，电极13a和13b分别与电极取出垫13c和13d连接。电极取出垫13c和13d分别与导线5b和5c连接。

另外，根据抑制图案面的温度分布的不均而加热的观点，优选加热器H的线宽和间距较小。例如，使加热器H的线宽为5μm～100μm左右。使间距例如为线宽2倍的10μm～200μm左右。如此，在本实施方式中，可形成线宽为10μm以下的微细的加热器H，并可局部地进行加热。

下侧硅部件12a的直径例如为2～3mm。绝热部件14和支承部件20的从上方观察的形状也是与下侧硅部件12a的形状匹配的圆形。其中，在绝热部件14上，在配置有电极13a、电极取出垫13c、电极13b及电极取出垫13d的区域中，形成有缺口。并且，在支承部件20的侧面上，在配置有导线5b和5c的区域中形成有槽。

另外，上侧硅部件12b和种子层11a的从上方观察的形状也是与下侧硅部件12a的形状匹配的圆形。另外，本实施例的推杆4为圆筒形状，但是根据需要推杆也可以是棱柱形状等其他形状。

在加热器H之下的下侧硅部件12a与绝热部件14之间形成有流路C。冷却水从给水用流路6a流入流路C。流入流路C的水流为1个。该1个水流被分配为7个水流，并再次汇集为1个水流而从流路C向排水用流路6b流出。流路C内的1个水流的宽度例如为100μm。在水流成为7个的部分，7个水流相互平行地配置，相互邻接的流路例如以中心间隔(间距)200μm配置。

另外，根据抑制图案面的温度分布的不均而加热的观点，优选流路C的宽度和间距窄。例如，使流路C的宽度为5μm～100μm左右。使间距例如为流路宽度的2倍的10μm～200μm左右。如此，在本实施方式中可形成宽度为10μm以下的微细的流路，并可局部地进行冷却。

在此，假设考虑如下情况：代替流路C，在配置有流路C的区域中配置由不分支的1个流路构成的流路(例如具有蛇行形状的流路)。当将这种流路的从流入口到流出口的距离与流路C的从流入口到流出口的最长距离进行比较时，流路C的较短。因此，采用流路C，可以减少冷却水在从给水用流路6a的开口到达排水用流路6b的开口的期间的压力损失。

在以上说明的成型装置中，当对加热器H通电时，图2A所示的导热部件10被加热。由于在导热部件10的下面形成有绝热部件14，因此可抑制热向支承部件20移动。并且，在加热器H与图案面4a之间没有隔着绝热部件。由此可有效地加热图案面4a。

如果使用该成型装置，则可从导热部件10的内部侧加热图案面4a的表层。由此，在向型腔2b填充成型材料的期间，容易将图案面4a的温度保持在期望温度以上。

在绝热部件14与导热部件10之间形成的流路C中流动的冷却水，与导热部件10接触而与导热部件10之间进行热交换。由于在导热部件10的下面形成有绝热部件14，因此可抑制来自支承部件20的热量的流入。并且，在流路C与图案面4a之间没有隔着绝热部件。由此可有效地冷却图案面4a。

另外，即使在硅部件12的内部埋入流路C，冷却水也可以与导热部件10之间进行热交换。但是，在硅部件12例如为200μm左右以下的厚度时，在硅部件12的内部难以进行埋入作为流路C的空间的加工。

在上述的成型装置中，流路C形成在绝热部件14与硅部件12之间。绝热部件14与硅部件12的表面协同划定流路C的内壁。如果使绝热部件14与硅部件12贴合则可形成流路C，因此与在硅部件12的内部埋入流路C的情况相比，容易加工。由此，容易使硅部件12为较薄。

硅部件12变得越薄，越可使导热部件10的热容量减少，因此可迅速地进行导热部件10的加热和冷却。即，可迅速地进行图案面4a的加热及冷却。

另外，也可以代替在绝热部件14的上表面上形成槽15，而在下侧硅部件12a的下表面上形成槽，并由绝热部件14的上表面堵塞其开口而形成流路。也可以在绝热部件14的上表面及下侧硅部件12a的下表面的双方上形成槽，而形成流路。但是，当在下侧硅部件12a的下表面上形成槽时，可能会略微降低硅部件12的机械强度。因此，在希望使硅部件12形成为较薄的情况下，优选不在下侧硅部件12a的下表面上形成槽、而在绝热部件14的上表面形成槽来制作流路。

另外，绝热部件14较厚地形成为即使在上表面上形成槽15也可得到足够的机械强度的程度。根据绝热性的观点，优选绝热部件14较厚。

另外，即使不在下侧硅部件12a的下表面上形成槽，如果使硅部件12较薄，则其机械强度也减低，导热部件10的机械强度降低。在考虑从流路C到图案面4a的最短距离(在上述实施例中，该距离对应于从下侧硅部件12a的下表面到种子层11a的上表面的厚度)时，在该距离中存在适合于确保导热部件10的机械强度、且迅速进行图案面4a的冷却的范围。优选将流路C与图案面4a之间的最短距离设定在100μm～200μm的范围内。

下面，参照图3A～图3F、图4A～图4D、图5A及图5B，说明推杆4的制作方法。首先，参照图3A～图3F，对图2A所示的导热部件10、加热器H、电极13a和13b成为一体的图案面侧构造体4A的制作方法进行说明。

如图3A所示，在上侧硅部件12b的下表面上成膜导电膜13。导电膜13例如由镍铬等形成，例如通过溅散等物理气相沉积法(PVD法)来成膜。

然后，如图3B所示，对导电膜13进行印刻图形(patterning)，并形成加热器H。并且，在上侧硅部件12b的上表面上形成种子层11a。种子层11a例如由镍等金属形成，例如通过物理气相沉积法来成膜。

然后，如图3C所示，覆盖加热器H那样地将下侧硅部件12a层积在上侧硅部件12b的下表面上。下侧硅部件12a例如将聚硅通过化学气相沉积法(CVD法)进行成膜来形成。

然后，对下侧硅部件12a进行印刻图形，在形成电极13a和13b的位置上分别在底面上形成露出加热器H的凹部。并且，填埋该凹部地在下侧硅部件12a的下表面上成膜金属膜。该金属膜例如由铝形成，例如通过物理气相沉积法成膜。对该金属膜进行印刻图形，而形成电极13a和13b。

然后，如图3D所示，在种子层11a上形成由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成的抗蚀剂层11ba。

然后，如图3E所示，经由X线掩模11bc，通过X线对图3D所示的抗蚀剂层11ba进行曝光。进行显像抗蚀剂，并形成抗蚀图形11bb。在抗蚀图形11bb的凹部的底面上露出种子层11a。

然后，如图3F所示，在图3E所示的抗蚀图形11bb的凹部中通过电解电镀填充例如镍，而形成柱状构造体11b。在形成柱状构造体11b之后，除去抗蚀图形11bb。另外，如上所述，将通过X线曝光而形成的抗蚀图形作为模而通过电解镀来形成金属构造体的方法，被称为LIGA(Lithographie，Galvanoformung，Abformung)。

下面，参照图4A～图4D说明制作图2A所示的绝热部件14与电极取出垫13c、13d成为一体的支承部件侧构造体4B的方法。如图4A所示，在绝热部件14的上表面上形成具有与流路C相对应的开口图形的抗蚀图形15a。绝热部件14例如由玻璃形成。

然后，如图4B所示，对从抗蚀图形15a的开口的底部露出的绝热部件14的表层进行蚀刻，形成槽15。之后，除去抗蚀图形15a。

然后，如图4C所示，形成给水用流路6a和排水用流路6b。并且，在形成电极13a和电极取出垫13c的区域中形成缺口14a，并在形成电极13b和电极取出垫13d的区域中形成缺口14b。流路6a、6b以及缺口14a、14b，例如通过使用了CO₂激光或YAG激光等的激光式钻来形成。

然后，如图4D所示，在缺口14a和14b中填充金属(例如铝、铅、锡等)，并形成电极取出垫13c和13d。

然后，如图5A所示，接合图案面侧构造体4A和支承部件侧构造体4B，而制作推杆上部构造体4C。在绝热部件14由玻璃形成时，如以下说明的那样，可通过阳极接合来接合图案面侧构造体4A和支承部件侧构造体4B。

对图案面侧构造体4A和支承部件侧构造体4B进行对位，以便使图案面侧构造体4A的电极13a和13b、与支承部件侧构造体4B的电极取出垫13c和13d相互成为适合的位置关系，并使下侧硅部件12a的下表面与绝热部件14的上表面紧密连接。

将图案面侧构造体4A和支承部件侧构造体4B加热到例如450℃左右，与此同时，在下侧硅部件12a与绝热部件14之间的分界面上施加电压，以便使下侧硅部件12a侧成为阳性。由此，由硅形成的下侧硅部件12a与由玻璃形成的绝热部件14被接合。硅部件与玻璃部件的这种接合方法被称为阳极接合。

然后，将推杆上部构造体4C与支承部件20接合。如图5B所示，准备支承部件20，该支承部件20形成有给水用流路6a和排水用流路6b，并形成分别配置导线5b和5c的槽20a和20b。给水用流路6a和排水用流路6b、槽20a和20b例如可通过机械式钻来形成。

在支承部件20的上表面上例如使用毛刷来涂覆硅酸钠14c。另外，不堵塞给水用流路6a和排水用流路6b的开口地涂覆硅酸钠14c。硅酸钠14c的厚度例如为1μm左右。将硅酸钠14c作为粘合剂接合绝热部件14的下表面和支承部件20的上表面。

推杆上部构造体4C与支承部件20的对位例如可如下地进行。预先在绝热部件14的下表面上形成对位用的凹部或者凸部，并在支承部件20的上表面上形成与其对应的凸部或者凹部。通过使在绝热部件14和支承部件20上形成的凹部和凸部嵌合，可进行两个部件的对位。在对位中嵌合的凹部和凸部的位置的设定方式为，使在推杆上部构造体4C上形成的给水用流路6a和排水用流路6b、分别与在支承部件20上形成的给水用流路6a和排水用流路6b连接。

在推杆上部构造体4C与支承部件20被接合之后，在电极取出垫13c和13d上分别连接导线5b和5c。如上说明的那样，可制作推杆4。

在成型材料被按压到图案面4a上时，当在流路C内存在空隙时，流路C的内壁容易歪斜，容易损伤流路C。并且，即使不存在空隙，由于流路C内充满流体，因此流路C可能被压坏而损伤。

下面，参照图6说明使用本实施例的成型装置来抑制流路C的损伤的方法。图6是表示成型材料施加于图案面4a的压力P1、图1所示的泵6c施加于冷却水的压力P2、通过阀6d的冷却水的流量F以及流到加热器H中的电流I、及在成型加工中如何变化的时序图。

对图案面4a的压力施加在时刻t1开始并在时刻t4结束。对图案面4a的施加压力，在压力施加期间的作为初期的时刻t1～t2的期间为最高。设该期间的压力为P11。之后，在时刻t2～t3的期间施加比压力P11低的压力P12。再之后，在时刻t3～t4的期间施加比压力P12低的压力P13。时刻t3表示对图案面4a上的成型图形的凹部填充成型材料结束的时刻。在时刻t3～t4的期间施加到图案面4a上压力P13，是用于使被转印到成型材料上的构造不损坏的保压。

在略早于时刻t1的时刻t0，开始对加热器H通电，并加热图案面4a。对加热器H的通电持续到时刻t3。

在时刻t1之前的期间，流路C成为内部充满冷却水，不存在空隙的状态。在该期间中，泵6c对冷却水施加一定的压力P20。并且，在该期间中，阀6d被截止，冷却水不从流路C流出。假设当压力P20过高时，冷却水抬起图2A所示的下侧硅部件12a，下侧硅部件12a与绝热部件14的贴合构造被破坏。压力P20为不破坏该贴合构造程度的大小。

在对图案面4a施加压力的时刻t1～t4的期间，泵6c对冷却水施加比压力P20更高的压力，冷却水对流路C的内壁施加的压力比时刻t1之前的期间的压力高。设定由泵6c对冷却水施加的压力，以便冷却水对流路C的内壁施加流路C不被压坏的压力。

通过泵6c对冷却水施加的压力，在时刻t1～t2的期间为与对图案面4a施加的压力P11相对应的压力P21、在时刻t2～t3的期间为与对图案面4a施加的压力P12相对应的压力P22。与压力P11比压力P12高相对应，压力P21比压力P22高。在时刻t1～t3的期间阀6d保持截止状态。

在时刻t3以后，泵6c对冷却水施加的压力也保持在P22。在时刻t3阀6d导通。在时刻t3以后，冷却水在流路C流动，图案面4a被冷却。另外，在时刻t3以后泵6c对冷却水施加的压力也可以与时刻t2～t3期间的施加压力P22不同。

如上所述，如果使用本实施例的成型装置，则可抑制伴随将成型材料按压到图案面4a上的流路C的损伤。

在上述的说明中，在时刻t1～t3期间，为截止阀6d、冷却水不在流路C流动的状态。当在将阀6d截止的状态下提高泵6c对冷却水施加的压力时，与在将阀6d导通的状态下提高泵6c对冷却水施加的压力时相比，存在容易提高冷却水对流路C的内壁施加的压力的优点。

另外，如果可充分抑制流路C的损伤，则在时刻t1～t3期间，也可以为冷却水以某种程度在流路C流动的状态。但是，冷却水的流量控制在加热器H可充分进行加热的程度。

另外，通过用阀6d调整流量，也可以提高冷却水对流路C的内壁施加的压力。

另外，通过设置对流入流路C的冷却水的流量进行调整的阀，并进行基于该阀的流量调整，也可以提高冷却水对流路C的内壁施加的压力。

另外，在冷却水流过的流路C附近设置有加热器H，通过对冷却水施加适当的压力，冷却水的沸点上升而防止沸腾。

另外，在上述实施例中，使用水作为在流路C内流动的热介质，但是作为热介质也可以使用氟系非活性液体(Fluorinert)(住友3M株式会社的产品)。

下面，说明第2实施例的成型装置。图8A是表示第2实施例的成型装置(电动注射成型机)的概略图。注射成型机340由注射装置350和合模装置370构成。

注射装置350具备加热缸351，在加热缸351中设置有供给树脂的料斗352。并且，在加热缸351内自由进退且自由旋转地设置有螺杆353。螺杆353的后端由支承部件354自由旋转地支持。在支承部件354上安装有作为驱动部的司服马达等计量马达355，计量马达355的旋转经由安装在计量马达355的输出轴361上的同步带356传递到被驱动部的螺杆353。在计量马达355的输出轴361的后端上直接连接有检测器362。检测器362检测计量马达355的转速或者旋转量。根据检测器362检测的转速或者旋转量，求得螺杆353的旋转速度。

注射装置350还具备与螺杆353平行的自由旋转的螺纹轴357。螺纹轴357的后端经由安装在司服马达等注射马达359的输出轴363上的同步带358与注射马达359连接。因此，可通过注射马达359使螺纹轴357旋转。螺纹轴357的前端与固定在支承部件354上的螺母360螺合。当驱动作为驱动部的注射马达359，并经由同步带358使作为驱动传递部的螺纹轴357旋转时，支承部件354前后行进。

在支承部件354上安装有作为负载的检测器的负载传感器365。支承部件354的前后行进运动经由负载传感器365传递到螺杆353，由此螺杆353前后行进。对应于通过负载传感器365检测的力的数据被送到控制装置310。在注射马达359的输出轴363的后端直接连接有检测器364。检测器364检测注射马达359的转速或者旋转量。根据检测器364检测的转速或者旋转量，求得螺杆353的前后行进方向的移动速度或者前后行进方向的位置。

合模装置370具有安装有可动侧模具371的可动台板372和安装有固定侧模具373的固定台板374。可动台板372和固定台板374通过连接杆375连接。可动台板372可沿连接杆375滑动。并且，合模装置370具备肘节机构377。肘节机构377一端与可动台板372连接，另一端与肘节支架376连接。在肘节支架376的中央自由旋转地支持有滚珠丝杠轴379。固定在设置于肘节机构377的十字头380上的螺母381与滚珠丝杠轴379螺合。并且，在滚珠丝杠轴379的后端设置有带轮382，在司服马达等合模马达378的输出轴383与带轮382之间架设有同步带384。

在合模装置370中，当驱动作为驱动部的合模马达378时，合模马达378的旋转经由同步带384传递到作为驱动传递部的滚珠丝杠轴379。然后，通过滚珠丝杠轴379和螺母381，运动方向被从旋转运动转换为直线运动，使肘节机构377动作。通过肘节机构377的动作，可动台板372沿连接杆375滑动，进行闭模、合模以及开模。

在合模马达378的输出轴383的后端直接连接有检测器385。检测器385检测合模马达378的转速或者旋转量。根据检测器385检测的转速或者旋转量，求得随着滚珠丝杠轴379的旋转而进退的十字头380的位置，或者作为通过肘节机构377与十字头380连接的被驱动部的可动台板372的位置。控制装置310控制计量马达355、注射马达359和合模马达378。

在可动侧模具371与固定侧模具373之间形成有型腔cav。型腔cav与加热缸351的内部连通。在可动模具371的面向型腔cav的区域中设置有与图5A所示的推杆上部构造体4C同样的构造体300。面向型腔cav地配置图案面。另外，构造体300的图案面的大小，可以比作为参照图2B而例示的大小的2～3mm大。

如图8B所示，构造体300具有加热器H和流动冷却水的流路C。加热器H经由导线301a和301b与电源301c连接。流路C与给水用流路302a和排水用流路302b连接。泵302c调整流入流路C的冷却水的压力。控制装置310控制泵302c。

下面，对使用第2实施例的成型装置的成型方法进行说明。首先，通过计量马达355使螺杆353旋转，由此一边使从料斗352落到螺杆353的后部的树脂熔融，一边将其送入加热缸351的前端部。随着树脂在加热缸351前端的蓄积，螺杆353后退。

然后，通过注射马达359使螺杆353前进，将树脂填充到型腔cav内。在被填充到型腔cav内之后，通过螺杆353对树脂施加保压。施加保压是为了不产生由随着树脂冷却的收缩而引起的转印精度的降低。如此，树脂被按压到图案面上，图案面的形状被转印到树脂上。然后，在型腔cav内的树脂被充分冷却后，打开模具并取出成型品。

将从开始对型腔cav内填充树脂到开始施加保压为止的期间称为填充期间。从开始施加保压到结束为止的期间称为保压期间。在填充期间和保压期间，为了抑制流路C的损伤，通过泵302c提高对在流路C流动的热介质施加的压力。

下面，参照图9对在填充期间和保压期间通过螺杆353对树脂施加的压力(将其称为转印施加压力)的时间变化进行说明。转印施加压力可根据图8A所示的负载传感器365检测的力求得。图9的最上方的图表表示转印施加压力的时间变化。填充期间的开始时刻和结束时刻分别为时刻t10和时刻t14。保压期间的开始时刻和结束时刻分别为时刻t14和时刻t15。

当填充期间开始时，转印施加压力上升并在时刻t12变为最大。转印施加压力在时刻t12变为最大之后降低，并在填充期间的结束时刻t14达到保压的设定值Pk。作为保压期间的从时刻t14到时刻t15，转印施加压力被维持在设定值Pk。随着保压施加结束，在时刻t15以后，转印施加压力从设定值Pk开始降低。

下面，对用于使转印施加压力如上所述那样变化的注射马达359的控制方法进行说明。另外，注射马达359的这种控制方法公开在日本特开2001-277322号公报中。注射马达359在填充期间被以速度控制模式控制，在保压期间被以压力控制模式控制。图9的从上开始第2个图表表示速度控制模式下的螺杆353的目标速度。图9的从上开始的第3图表表示在压力控制模式下螺杆353对树脂施加的目标压力。

首先，说明速度控制模式。在填充期间开始后，使螺杆353前进到第1设定位置。螺杆353到达第1设定位置的时刻为时刻t13。从填充期间开始到螺杆353到达第1设定位置的期间(时刻t10～时刻t13)，控制注射马达359以便使螺杆353的速度成为目标速度V1。

如果螺杆353到达了第1设定位置，则使螺杆353后退到第2设定位置。螺杆353到达第2设定位置的时刻为时刻t14。在从螺杆353从第1设定位置出发开始，到到达第2设定位置的期间(时刻t13～时刻t14)，控制注射马达359以使螺杆353的速度成为目标速度V2。

随着螺杆353的前进，转印施加压力提高，在螺杆353前进的期间中，转印施加压力达到最大值。在使螺杆353前进到第1设定位置之后使其后退到第2设定位置，由此可使转印施加压力迅速地降低到保压的设定值Pk。

下面，说明压力控制模式。在保压期间的开始时刻t14使转印施加压力降低到保压的设定值Pk。作为保压期间的从时刻t14到时刻t15，控制注射马达359以便将转印施加压力维持在保压的设定值Pk。

下面，参照图9，继续对在填充期间和保压期间泵302c对流过流路C的热介质施加的压力(将其称为流路施加压力)的时间变化进行说明。图9最下方的图表表示流路施加压力的时间变化。如转印施加压力的图表所示，对转印施加压力设定有阈值Pc。阈值Pc比保压的设定值Pk低。

在填充期间的开始前施加有一定的流路施加压力P30。当填充期间开始时，转印施加压力上升，在时刻t11达到阈值Pc。当转印施加压力达到阈值Pc之后，使流路施加压力从P30开始上升。在转印施加压力上升的期间也使流路施加压力上升。与转印施加压力在时刻t12成为最大值相对应，在时刻t12使流路施加压力成为最大值P31。转印施加压力在达到最大值之后降低并成为恒定值Pk。流路施加压力也在达到最大值之后降低到与保压的设定值Pk相对应的值P32。当保压期间结束时，转印施加压力从Pk降低而在时刻t16到达阈值Pc。当转印施加压力到达阈值Pc之后，使流路施加压力降低到P30。

控制装置310根据转印施加压力控制泵302c，以便流路施加压力如上所述地进行变化。另外，也可以构成为，通过阀调整流量来控制流路施加压力。

另外，测定传感器365检测的力与转印施加压力相对应。因此，也可以对测定传感器365检测的力设定与转印施加压力的阈值Pc相对应的阈值，根据测定传感器365检测的力的时间变化，控制流路施加压力。

如此，在第2实施例的成型装置中，根据通过螺杆353将成型材料按压到图案面上的定时(同步)，提高热介质对流路C的内壁施加的压力，由此抑制流路C的损伤。

另外，关于从图案面到加热器的距离，存在适合于良好加热的范围。当从图案面到加热器的距离过远时，不能充分加热图案面。另一方面，从图案面到加热器的距离过近时，难以均匀地加热图案面。根据充分且抑制温度分布不均地加热图案面的观点，优选从图案面到加热器的最短距离为图案面所具有的凹部的最大深度的5～10倍。

考虑具有线状发热部分沿与其长度方向交叉的方向以一定间距排列的构造的加热器(例如图2B所示的加热器H)。在这种构造的加热器中，当使线状部分排列的间距(相互邻接的2个线状部分的中心间隔)为从图案面到加热器的最短距离的1/5～1/4时，尤其容易抑制图案面上的加热不均。

再次参照图2A和图2B，对尤其适合于良好加热的加热器H的配置位置和尺寸的例子进行说明。首先，对第1个例子进行说明。在转印构造体11中，种子层11a的厚度为数十nm，柱状构造体11b的高度为20μm。在该例子中，柱状构造体11b的高度20μm成为图案面4a具有的凹部的最大深度。从种子层11a的上表面到加热器H的上表面的深度为120μm。在该例子中，从种子层11a的上表面到加热器H的上表面的深度120μm成为从图案面4a到加热器H的最短距离。

从种子层11a的上表面到流路C的上表面的深度(从图案面4a到流路C的最短距离)为150μm。硅部件12的厚度为大约150μm(从150μm减去种子层11a厚度的厚度)。加热器H的线宽为15μm，加热器H的线状部分排列的间距(蛇行形状的加热器H的上行部分与下行部分的中心间隔)为30μm。

下面，说明第2个例子。在转印构造体11中，种子层11a的厚度为数十nm，柱状构造体11b的高度为80μm。在该例子中，柱状构造体11b的高度80μm成为图案面4a具有的凹部的最大深度。从种子层11a的上表面到加热器H的上表面的深度为400μm。在该例子中，从种子层11a的上表面到加热器H的上表面的深度400μm，成为从图案面4a到加热器H的最短距离。

从种子层11a的上表面到流路C的上表面的深度(从图案面4a到流路C的最短距离)为500μm。硅部件12的厚度为大约500μm(从500μm减去种子层11a厚度的厚度)。加热器H的线宽为45μm，加热器H的线状部分排列的间距(蛇行形状的加热器H的上行部分与下行部分的中心间隔)为90μm。

另外，容易将从种子层11a的上表面到加热器H的上表面的厚度较薄地形成(即，容易缩短从图案面到加热器的最短距离)，也是实施例的成型装置的一个特征。从图案面到加热器的最短距离为1mm以下。从图案面到加热器的最短距离较短的结构，容易进行迅速加热。

另外，加热器H的厚度例如在0.1μm～1μm的范围。对应于成型循环或成型品而决定加热所需的热量。加热器H的厚度可对应于成型循环或成型品而决定。

另外，流路和加热器的俯视时的形状也可以是图2B所例示的形状以外的形状。例如，如图10所示，可以使流路Cv和加热器Hv成为漩涡状。另外，在图中对流路Cv标注剖面线。在漩涡状的流路Cv的相互邻接的部分之间配置加热器Hv(或者，在漩涡状的加热器Hv的相互邻接的部分之间配置流路Cv)。流路Cv和加热器Hv的漩涡的中心部分共通。这种流路Cv和加热器Hv俯视时相互不交叉。在流路Cv的一端连接给水用流路，在另一端连接排水用流路。

在成型技术中，一般从图案面侧推成型品，使用从图案面取出成型品的顶出机构。在俯视时图案面的中心附近，不形成用于转印的构造。例如，在该情况下，可在图案面的中心附近的不形成用于转印的构造的区域中，配置顶出用部件。

当采用如图10所示的那种形状的流路Cv和加热器Hv时，在漩涡的中心附近(对应于图案面的中心附近)容易配置没有形成流路Cv和加热器Hv的区域400。如果设置该区域400，则容易在该区域400内设置从绝热部件侧贯通到图案面侧的贯通孔401，并在该贯通孔401内设置顶出用部件402。

并且，也可以将如图10所示那种漩涡状的冷却流路在长度方向上分割为多个流路，并在各个冷却流路上连接给水用流路和排水用流路。此时，在各个冷却流路中，可抑制从给水用流路到达排水用流路之间的冷却水的压力损失。因此，可提高流路内的压力控制的响应性，并可实现成型循环的短缩化。

另外，在第2实施例中，表示了在通过可动侧模具371与固定侧模具373形成了型腔cav之后，通过螺杆353的前进将树脂按压到图案面上的例子。但是，也可在可动侧模具371与固定侧模具373略微分离的状态、即在型腔cav完全形成之前，填充规定量的树脂。此时，在填充后，通过基于合模马达378的驱动力的可动侧模具371的前进动作，将树脂按压到图案面上。结果，可降低对构成注射装置350的注射马达359、螺纹轴357等施加的负载，并可提高部件寿命，因此也可提高成型品的生产率。

另外，在上述实施例中，通过LIGA将转印构造体(决定图案面的构造体)形成在硅部件上。也可将预先制作的决定图案面的构造体安装在硅部件上。

另外，在上述实施例中，将加热器埋入在硅部件中，但是埋入加热器的部件的材料不限于硅。作为埋入加热器的部件的材料也可以使用电绝缘性且导热性优良的其他材料，例如氮化铝、类金刚石碳等。

以上，根据实施例说明了本发明，但是本发明并不限于此。例如可进行多种变更、改良和组合等，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (26)

1.一种成型装置，其特征在于，具备：

第1部件；

第2部件，配置在上述第1部件表面的一部分区域上，并且在朝向与该第1部件侧相反侧的表面上具有形成有成型用图形的图案面；以及

流路，其内壁由上述第1部件的表面与上述第2部件的表面协同划定，该流路流过与该第2部件之间进行热交换的热介质。

2.如权利要求1所述的成型装置，其特征在于，

上述第1部件为绝热部件，上述第2部件由具有比该第1部件的导热率高的导热率的材料形成。

3.如权利要求1所述的成型装置，其特征在于，

从上述流路到上述图案面的最短距离为100μm～200μm。

4.如权利要求1所述的成型装置，其特征在于，还具备：

按压机构，将成型材料按压到上述图案面上；

调整机构，根据从外部输入的控制信号，使对上述流路内的上述热介质施加的压力、和在该流路流动的该热介质的流量中的至少一方改变；以及

控制装置，根据通过上述按压机构将成型材料按压到上述图案面上的定时，控制上述调整机构，以便提高上述热介质施加到上述流路的内壁上的压力。

5.如权利要求4所述的成型装置，其特征在于，

上述调整机构具有使施加到上述流路内的上述热介质上的压力改变的泵、以及切换该热介质在该流路流动的状态和不流动的状态的阀；

上述控制装置控制上述阀以使上述热介质成为不在上述流路流动的状态，并且控制上述泵以使施加到上述流路内的上述热介质上的压力提高。

6.如权利要求4所述的成型装置，其特征在于，

上述按压机构具有将成型材料按压到上述图案面上的按压部件，

该成型装置还具有可检测上述按压部件按压成型材料的力的检测器，

上述控制装置根据由上述检测器检测的力成为阈值以上的定时，控制上述调整机构，以便提高上述热介质施加到上述流路的内壁上的压力。

7.一种成型装置，其特征在于，具备：

第1部件；

第2部件，配置在上述第1部件表面的一部分区域上，由具有比该第1部件的导热率高的导热率的材料形成，并且在朝向与该第1部件侧相反侧的表面上具有形成有成型用图形的图案面；

加热器，从上述第2部件的内部侧对该第2部件的上述图案面侧的表层进行加热；以及

流路，配置在上述第1部件与上述图案面之间，并流过与该第2部件之间进行热交换的热介质。

8.如权利要求7所述的成型装置，其特征在于，

上述流路配置在上述第1部件与上述第2部件之间。

9.如权利要求7所述的成型装置，其特征在于，

上述第1部件的表面与上述第2部件的表面协同划定上述流路的内壁。

10.如权利要求7所述的成型装置，其特征在于，

从上述流路到上述图案面的最短距离为100μm～200μm。

11.如权利要求7所述的成型装置，其特征在于，

上述第2部件具有由具有电绝缘性的材料构成的绝缘性部件，上述加热器具有被埋入该绝缘性部件的导电性部件。

12.如权利要求7所述的成型装置，其特征在于，还具备：

按压机构，将成型材料按压到上述图案面上；

调整机构，根据从外部输入的控制信号，使对上述流路内的上述热介质施加的压力、和在该流路流动的该热介质的流量中的至少一方改变；以及

控制装置，根据通过上述按压机构将成型材料按压到上述图案面上的定时，控制上述调整机构，以便提高上述热介质施加到上述流路的内壁上的压力。

13.如权利要求12所述的成型装置，其特征在于，

上述调整机构具有使施加到上述流路内的上述热介质上的压力改变的泵、以及切换该热介质在该流路流动的状态和不流动的状态的阀；

上述控制装置控制上述阀以使上述热介质成为不在上述流路流动的状态，并且控制上述泵以使施加到上述流路内的上述热介质上的压力提高。

14.如权利要求12所述的成型装置，其特征在于，

上述按压机构具有将成型材料按压到上述图案面上的按压部件，

该成形装置还具有可检测上述按压部件按压成型材料的力的检测器，

上述控制装置根据由上述检测器检测的力成为阈值以上的定时，控制上述调整机构，以便提高上述热介质施加到上述流路的内壁上的压力。

15.一种成型装置，其特征在于，具备：

第3部件，具有形成有成型用图形的图案面；以及

加热器，配置在上述第3部件上，对该第3部件的上述图案面侧的表层进行加热，

从上述加热器到上述图案面的最短距离为上述图案面具有的凹部的最大深度的5～10倍。

16.如权利要求15所述的成型装置，其特征在于，

上述加热器为，线状的发热部分具有沿与其长度方向交叉的方向以一定间距排列的等间距部，该间距为从上述加热器到上述图案面的最短距离的1/5～1/4。

17.如权利要求15所述的成型装置，其特征在于，

上述第3部件具有由具有电绝缘性的材料构成的绝缘性部件，上述加热器具有被埋入该绝缘性部件的导电性部件。

18.如权利要求15所述的成型装置，其特征在于，

还具有第4部件，

上述第3部件配置在该第4部件的表面上，由具有比该第4部件的导热率高的导热率的材料形成，并在朝向与该第4部件侧相反侧的表面上具有上述图案面。

19.如权利要求15所述的成型装置，其特征在于，

从上述加热器到上述图案面的最短距离为1mm以下。

20.一种成型装置的制造方法，其特征在于，具备如下工序：

(a)将第1部件的表面部分地蚀刻而形成槽；以及

(b)将由具有比该第1部件的导热率高的导热率的材料形成、并在表面上具有形成有成型用图形的图案面的第2部件的、与该图案面侧相反侧的表面，和上述第1部件的形成有槽的表面贴合，由此形成由上述槽的内面和上述第2部件的表面划定的流路。

21.如权利要求20所述的成型装置的制造方法，其特征在于，还具备如下工序：

(c)在由具有电绝缘性的材料构成的绝缘性支承部件的表面上形成由导电性材料构成的导电层；

(d)通过对上述导电层进行印刻图形来形成加热器；

(e)通过用具有电绝缘性的材料覆盖上述加热器，来形成绝缘性部件；以及

(f)通过在上述绝缘性部件之上层积具有上述图案面的转印构造体，来形成上述第2部件。

22.如权利要求21所述的成型装置的制造方法，其特征在于，

通过LIGA在上述绝缘性支承部件之上形成上述转印构造体。

23.一种成型装置的制造方法，其特征在于，具备如下工序：

(g)在由具有电绝缘性的材料构成的绝缘性支承部件的表面上，层积具有形成有成型用图形的图案面的转印构造体；

(h)在上述绝缘性支承部件的与层积上述转印构造体的一侧相反侧的表面上，形成由导电性材料构成的导电层；以及

(i)对上述导电层进行印刻图形而形成加热器。

24.如权利要求23所述的成型装置的制造方法，其特征在于，

通过LIGA在上述绝缘性支承部件之上形成上述转印构造体。

25.一种成型方法，其特征在于，具备如下工序：

(j)将成型材料按压在构造体的图案面上，该构造体在表面上具有形成有成型用图形的该图案面、在内部形成有流过用于与该图案面之间进行热交换的热介质的流路；以及

(k)根据将成型材料按压到上述图案面上的定时，使对该流路内的该热介质施加的压力、和在该流路流动的该热介质的流量的至少一方改变，以便使上述热介质施加到上述流路的内壁的压力提高。

26.如权利要求25所述的成型方法，其特征在于，

在上述工序(j)中，按压部件将成型材料按压到上述图案面上，

并且具有(1)检测上述按压部件将成型材料按压到上述图案面上的力的工序，

在上述工序(k)中，根据在上述工序(l)检测的力成为阈值以上的定时，使对该流路内的该热介质施加的压力以及在该流路流动的该热介质的流量中的至少一方改变，以便提高上述热介质施加到上述流路的内壁上的压力。

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