JP2003025433A - パターン転写装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロールの回転軸の方向が傾いていても、成形
材料に精度良く成形パターンを転写することができるパ
ターン転写装置を提供する。 【解決手段】 直動案内軸受け１２に沿ってステージ支
持盤１３が走行する。ステージ支持盤１３の上面には、
平面視で直動案内軸受け１２と直交するようにして補正
用案内軸受け１５を固設し、補正用案内軸受け１５の上
には、ステージ１６をスライド自在に設置する。ステー
ジ１６の上方には、ロール１８が配設され、ロール回転
軸１９は平面視で直動案内軸受け１２と直交するように
配設される。ステージ１６の上に成形材料を載置し、ス
テージ１６とロール１８の間に成形材料を挟み込んでロ
ール１８の成形パターンを転写させる。ロール１８の回
転軸１９が補正用案内軸受け１５と平行な方向から傾い
ている場合には、ロール１８と成形材料の間の摩擦抵抗
によりステージ１６は補正用案内軸受け１５に沿って横
方向へ移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン転写装置
に関する。特に、ロールとステージとの間に置かれた成
形材料に微細なエンボス形状等の成形パターンを転写す
るためのパターン転写装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は従来のパターン転写装置の構造を
示す斜視図である。従来のパターン転写装置１にあって
は、直動案内軸受け２の上にステージ３を設置してステ
ージ３が直動案内軸受け２に沿って移動できるようにな
っており、ステージ３の上方にロール４が配置されてい
る。このロール４の外周面には微細エンボス形状からな
る成形パターンが設けられており、ロール４の回転軸５
は平面視で直動案内軸受け２と直交するようになってい
る。

【０００３】しかして、成形材料６（例えば、ガラス基
板の表面に樹脂材料を塗布されたもの）に成形パターン
を転写させる工程においては、ステージ３の上に成形材
料６を載置し、ステージ３とロール４の間に成形材料６
を挟み込む。ついで、ロール４を回転させると共にロー
ル４外周面の周速と同期させてステージ３を移動させ、
成形材料６の表面に成形パターンを転写させる。

【０００４】いま、ロール４により成形材料６に転写さ
せる成形パターンが矩形パターンであるとすると、直動
案内軸受け２の方向とロール回転軸５とが平面視で直交
している場合には、図２（ａ）に示すように、目的とす
る矩形状の成形パターン７を得ることができる。

【０００５】しかし、調整誤差や運転中の狂いなどによ
り、図２（ｂ）のように、ロール回転軸５が、直動案内
軸受け２の方向と直交する方向から傾くと、ロール４の
成形パターン面と成形材料６との接触面に、ロール回転
軸５の傾きによるロール回転軸方向の抗力が生じる。こ
の抗力のため、ロール４と成形材料６との間に横滑りが
生じるので、ロール４が傾いている場合には、図２
（ｂ）に示すように成形パターン７が歪み、パターンを
精度良く転写することができなかった。

【０００６】特に、マイクロレンズアレイのような光学
部品において、微細な光学パターンを成形する場合に
は、８０％以上の転写率、できれば９５％以上の転写率
が望ましいが、このような高転写率を保つためには、ロ
ール回転軸５の傾きを０.０１°以下にする必要があ
る。しかし、実際には、パターン転写装置１の調整作業
では、一般に０.０５°程度が限界であり、パターン転
写装置１の調整だけでは、上記のような高転写率を実現
することはできない。また、成形パターンが微細になれ
ばなるほど、ロール回転軸５の傾きの許容度がますます
小さくなり、転写率はさらに低くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような成形パタ
ーンの変形が起きないように調整する方法としては、加
工精度でロールの円筒度を確保しておき、調整時には、
ロールの回転軸そのものに代えてロール表面軸方向を用
い、ロール表面軸方向と直動案内軸受けの方向とのなす
角度を計測し、この角度が９０°となるようにしてロー
ルの回転軸と直動案内軸受けとが直交するように調整し
ている。しかし、ロールの表面は曲面であるため、計測
が困難であり、上記のような方法では調整作業が困難で
あった。

【０００８】そのため、代案として、ロールの側面やロ
ールの保持板側面と直動軸受けとのなす角度を計測して
調整を行っているが、ロール側面の加工精度や保持板の
組立て精度に影響されるので、やはり高い精度を実現す
ることは困難であった。

【０００９】また、ロールを回転自在に支持する軸受け
にラジアル隙間が存在するため、例えば軸受け内径８０
ｍｍ、軸受け間距離１６０ｍｍ、軸受け内の隙間０.０
５ｍｍとすると、ラジアル隙間によるロールの傾きが
０.０２°近く発生し、これ以下の調整は不可能であっ
た。

【００１０】次に、パターン転写時に成形パターンの変
形を防止する方法としては、ロールの回転軸と直動案内
軸受けとのなす角度を検出してロールの傾きを補正する
方法がある。例えば、ロールによって成形材料にアライ
メントマークを転写するようにしておき、画像認識装置
によりアライメントマークを検知することでロールの回
転軸と直動案内軸受けとのなす角度を測定し、モータ等
のアクチュエータで制御してロールの角度を調整する。
しかし、このような方法では、画像認識装置を必要とし
てコストが高くついていた。また、その調整精度は、画
像認識装置のスペックやアクチュエータの分解能による
影響を受け易い問題があった。

【００１１】また、ロールの傾きを補正する別な方法と
しては、静電容量などから成形材料とロールの相対位置
を検出してロールの傾きを補正する方法があった。しか
し、このような方法では、機構や制御が複雑になる上、
温度等の周囲の環境条件に左右され易かった。

【００１２】

【発明の開示】本発明は上記の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、ロールの
回転軸の方向が傾いていても、成形材料に精度良く成形
パターンを転写することができるパターン転写装置を提
供することにある。

【００１３】本発明にかかるパターン転写装置は、表面
に成形パターンを設けられた回転可能なロールと、該ロ
ールの回転軸と直交する方向に沿って縦移動可能になっ
たステージとの間に成形材料を挟んでロール表面の成形
パターンを成形材料に転写させるパターン転写装置にお
いて、前記ロールの回転軸にほぼ平行な方向に、前記ス
テージ又は前記ロールを移動自在にしたことを特徴とし
ている。

【００１４】本発明にかかるパターン転写装置によれ
ば、前記ロールの回転軸と前記ステージの縦移動方向と
が直交していない場合には、ロールと成形材料との間に
生じる摩擦抵抗により、ロールの回転軸と平行な方向で
ステージ又はロールが移動するので、ロールと成形材料
との間の横滑りを吸収することができる。よって、ロー
ルの回転軸とステージの縦移動方向とが直交していない
場合でも、成形パターン７を歪み無く、正確に転写する
ことができる。

【００１５】さらに、本発明によれば、ステージを縦移
動方向とほぼ直交する方向に移動させるための駆動機構
が必要ないので、構造が簡単になると共に軸受けの遊び
や駆動機構のガタ、バックラッシュ等の影響を受ける恐
れもなく、高精度の補正が可能になる。

【００１６】本発明のパターン転写装置の実施態様にお
いては、前記ステージ又は前記ロールを、前記ロールの
回転軸とほぼ平行な方向における初期位置に復帰させる
ための復帰手段を備えているので、１回のパターン転写
が終了する都度、ステージはロールの回転軸とほぼ平行
な方向における初期位置に自動復帰させられる。よっ
て、断続的にパターン転写を行う場合でも、ロール回転
軸とほぼ平行な方向におけるステージの横移動が累積す
ることがない。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図３は本発明
の一実施形態によるパターン転写装置１１の構造を示す
斜視図、図４（ａ）（ｂ）は当該装置の正面図及び側面
図である。以下、図３及び図４（ａ）（ｂ）により、パ
ターン転写装置１１の構造を説明する。このパターン転
写装置１１にあっては、直動案内軸受け１２の上にステ
ージ支持盤１３が設置されている。ステージ支持盤１３
は、その下面に設けられたスライダ１４を直動案内軸受
け１２に跨がせるようにして設置されており、ステージ
支持盤１３が直動案内軸受け１２に沿って滑らかに移動
できるようになっている。ステージ支持盤１３の上面に
は、平面視で直動案内軸受け１２と直交するようにして
補正用案内軸受け１５が固設されており、補正用案内軸
受け１５の上には、ステージ１６が設置されている。ス
テージ１６は、その下面に設けられたスライダ１７を補
正用案内軸受け１５に跨がせるようにして設置されてお
り、ステージ１６が補正用案内軸受け１５に沿って滑ら
かに移動できるようになっている。

【００１８】また、ステージ１６の上方には、ロール１
８が配設されている。ロール１８は、回転軸１９を中心
として回転するよう、回転軸１９によって回転自在に支
持されており、ロール１８の回転軸１９は平面視で直動
案内軸受け１２と直交するように配設されている。ロー
ル１８の外周面には、微細エンボス形状からなる成形パ
ターン２０が設けられている。この成形パターン２０
は、ロール１８の外周面に直接に設けられていてもよ
く、成形パターン２０を設けられた金属製又は樹脂製の
スタンパをロール１８の外周面に巻き付けられていても
よい。

【００１９】ステージ１６の両側面とステージ支持盤１
３の両側面との間には、バネやゴム等の弾性材を用いた
弾性復帰部２１が設けられており、ステージ１６に外部
から負荷が加わっていない状態では、ステージ１６はス
テージ支持盤１３上の所定の初期位置（例えば、ステー
ジ支持盤１３上の中央部分）に自然に復帰させられるよ
うになっている。なお、ステージ１６を初期位置に復帰
させる手段としては、バネ等の弾性を利用したものに限
らず、シリンダ等のアクチュエータを用いて復帰させる
ようにしてもよく、あるいは、ステージ支持盤１３をス
タート位置に戻したときに、ステージ１６をガイドに沿
って横移動させて初期位置に復帰させるようにしてもよ
い。

【００２０】ロール１８は、ロール駆動機構（図示せ
ず）によって回転駆動させられるようになっている。ま
た、ステージ支持盤１３は、ステッピングモータやボー
ルネジからなるステージ支持盤駆動機構（図示せず）に
よって直動案内軸受け１２に沿って走行させられるよう
になっている。ロール１８の回転速度とステージ支持盤
１３の移動速度とは、ロール駆動機構やステージ支持盤
駆動機構で制御し、互いに速度を同期させるようにして
いる。なお、ステージ１６は、補正用案内軸受け１５に
沿って自由に軽く移動するようになっており、ステージ
１６を移動させるための駆動機構は設けられていない。

【００２１】しかして、成形材料２２（例えば、ガラス
基板の表面に樹脂材料を塗布されたもの）に成形パター
ン２０を転写させる工程においては、ステージ１６の上
に成形材料２２を載置して吸着保持させ、ステージ１６
とロール１８の間に成形材料２２を挟み込む。ついで、
ロール１８を回転させると共にステージ支持盤１３を直
動案内軸受け１２に沿って移動させ、成形材料６の表面
に成形パターン２３を転写させる。

【００２２】このとき、調整誤差や経時的な狂いによっ
て、ロール１８の回転軸１９が補正用案内軸受け１５と
平行な方向から傾いている場合には、成形材料２２とロ
ール１８の間には横滑りが発生しようとするが、この横
滑りしようとする力によって生じる成形材料２２とロー
ル１８との間の摩擦抵抗によりステージ１６は補正用案
内軸受け１５に沿って横方向へ移動する。その結果、成
形材料２２とロール１８の間の横滑りがステージ１６の
横移動によって吸収され、成形材料２２はロール１８表
面と密着状態を保ったままで送られる。

【００２３】具体的にいうと、図５に示すように、ロー
ル１８の回転によってロール１８から成形材料２２に加
わる力Ｆが、ロール１８が傾いていることによって直動
案内軸受け１２の方向から傾いていると、この力Ｆのう
ち直動案内軸受け１２と平行な方向の分力Ｆ１（及び、
ロール１８の回転と同期してステージ支持盤１３を直動
案内軸受け１２に沿って動かす、ボールネジからの推
力）によって成形材料２２がステージ支持盤１３と共に
直動案内軸受け１２に沿って送られる。また、力Ｆのう
ち直動案内軸受け１２と直交する方向（補正用案内軸受
け１５と平行な方向）の分力Ｆ２によって成形材料２２
はステージ１６と共に補正用案内軸受け１５に沿って横
移動させられる。例えば、ロール１８の傾きが０.１°
ある場合、ロール１８から成形材料２２に加わる荷重が
１００kＮで、ロール１８と成形材料２２の間の摩擦係
数が０.００４であるとすると、ロール１８と成形材料
２２の滑りによる摩擦抵抗は最大４００Ｎになり、この
摩擦抵抗によってロール１８の動きに応じてステージ１
６を横移動させることができ、ロール１８に０.１°以
上の傾きがあっても、傾きがない場合とほぼ同様な成形
パターン２３を得ることができる。実験では、ロール回
転方向と直動案内軸受け１２の方向の傾きが、４０μｍ
／４０ｍｍ（０.０５７°）であったのに対し、ステー
ジ１６が横移動することによって実質の傾きは、２〜３
μｍ／４０ｍｍ（０.００４３°）に抑えることができ
た。また、例えば縦横の寸法が６００ｍｍ×７００ｍｍ
の大判ガラス板に縦横サイズが２.５inch×２.５inchの
成形パターン２３を転写する場合でも、ロール１８の傾
きが０.１°の時、ステージ１６の横移動は０.１ｍｍ程
度で済む。この横方向のずれは、弾性復帰部２１によっ
て１回毎に修正されるので、蓄積して大きな横ずれ量と
なることもない。

【００２４】よって、ロール１８の回転軸１９が、直動
案内軸受け１２の方向と直交する方向から傾いていて
も、図２に示したような成形パターン２３の変形が発生
せず、図６に示すように正確に成形パターン２３が転写
される。ただし、成形材料２２に転写された成形パター
ン２３は、ロール１８の傾きに対応して成形材料２２に
斜めに転写されることになるが、成形材料２２を転写さ
れた成形パターン２３と平行となるようにカットするこ
とにより、ロール１８に傾きがない場合と同様な製品を
得ることができる。

【００２５】また、本発明のパターン転写装置１１で
は、ロール１８の回転軸と直動案内軸受け１２の方向と
がほぼ直交するように調整してあれば、ロール１８が傾
いている時に発生する成形材料２２とロール１８の間の
摩擦抵抗によってステージ１６を横移動させているの
で、ロール１８の傾きを検出する装置やステージ１６を
横移動させるための駆動機構なども必要なく、複雑な制
御を行うことなくロール１８の傾きを補償させることが
でき、簡単な構成によって微細なエンボス形状をした成
形パターン２０を正確に転写させることができる。

【００２６】なお、上記実施形態では、ステージ支持盤
１３を直動案内軸受け１２に沿って送るボールネジによ
る送り速度とロール１８の周速とが等しくなるように、
ボールネジを用いた送り機構とロール１８の駆動機構と
を同期させるようしたが、これとは別な方式も可能であ
る。すなわち、ロール１８を回転自在にしておき、ステ
ージ支持盤１３をボールネジを用いた送り機構でのみ移
動させるようにしてもよい。あるいは逆に、ステージ支
持盤１３を直動案内軸受け１２に沿って走行自在にして
おき、ロール１８を回転駆動することによってステージ
支持盤１３を走行させるようにしてもよい。これらの場
合にも、ロール１８が傾いている場合には、ロール１８
と成形材料２２との間に生じる摩擦抵抗のうちロール１
８の回転軸１９と平行な方向の成分によって、ステージ
１６は補正用案内軸受け１５に沿って横移動され、成形
パターン２３の変形を防止される。

【００２７】また、上記実施形態では、ステージ１６が
直動案内軸受け１２と直交する方向に移動できるように
したが、これとは逆にロール１８と成形材料２２との摩
擦抵抗によってロール１８が直動案内軸受け１２と直交
する方向へ移動するようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明にかかるパターン転写装置によれ
ば、前記ロール表面の回転方向と前記ステージの縦移動
方向とが非平行であった場合には、ロールと成形材料と
の間に生じる摩擦抵抗により、ロールの回転軸と平行な
方向でステージ又はロールが移動するので、ロールと成
形材料との間の横滑りを吸収することができる。よっ
て、ロール表面の回転方向とステージの縦移動方向とが
非平行であった場合でも、成形パターンを歪み無く、正
確に転写することができる。よって、微細なパターンを
転写させる場合でも、高い転写率を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のパターン転写装置の構造を示す斜視図で
ある。

【図２】（ａ）は上記のパターン転写装置により転写さ
れた成形パターンを示す図、（ｂ）はロールが傾いてい
た場合にパターン転写装置により転写される成形パター
ンを示す図である。

【図３】本発明の一実施形態によるパターン転写装置の
構造を示す概略斜視図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は同上のパターン転写装置の正面
図及び側面図である。

【図５】ロールから成形材料に加わる力を説明する図で
ある。

【図６】ロールが傾いている場合に、同上のパターン転
写装置により成形材料に成形パターンが転写される様子
を説明する平面図である。

【符号の説明】

１２ 直動案内軸受け １３ ステージ支持盤 １５ 補正用案内軸受け １６ ステージ １８ ロール １９ 回転軸 ２０ 成形パターン ２１ 弾性復帰部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に成形パターンを設けられた回転可
   能なロールと、該ロールの回転軸と直交する方向に沿っ
   て縦移動可能になったステージとの間に成形材料を挟ん
   でロール表面の成形パターンを成形材料に転写させるパ
   ターン転写装置において、 前記ロールの回転軸にほぼ平行な方向に、前記ステージ
   又は前記ロールを移動自在にしたことを特徴とするパタ
   ーン転写装置。
2. 【請求項２】 前記ロールの回転軸と前記ステージの
   縦移動方向とが直交していない場合に、前記ロールと成
   形材料との間に生じる摩擦抵抗により、前記ロールの回
   転軸と平行な方向で前記ステージ又は前記ロールが移動
   するようになった、請求項１に記載のパターン転写装
   置。
3. 【請求項３】 前記ステージ又は前記ロールを、前記ロ
   ールの回転軸とほぼ平行な方向における初期位置に復帰
   させるための復帰手段を備えた、請求項１に記載のパタ
   ーン転写装置。