JP2014000779A - Fine structure transfer-molding device having release plate - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a microstructure transfer molding apparatus provided with a release plate that can easily peel a molded object transferred and molded in a press-type microstructure transfer molding apparatus from a stamper to which the object is attached.
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。 In the fields of electronic devices, optical devices, recording media, biodevices, etc., resin molded bodies having a fine structure are produced by various methods. Among such methods for producing a fine structure, there is a method for producing a fine structure in which the fine structure is transferred by pressing a resin against a stamper having a fine structure. Although this method is attracting attention because various resins can be used and the productivity is high, it is not easy to peel off the transfer-molded microstructure from the stamper, and the fineness at the time of peeling is not good. Damage to the structure is a problem.
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。 In order to solve the problem of peeling of the fine structure, for example, in Patent Document 1, in a thermal transfer press molding apparatus that performs thermal transfer by pressing a molding against a stamper on which a desired pattern is formed, At least one of the press movable parts has a stamper holding part to which the stamper can be attached, and the stamper holding part is a knockout capable of extruding the molding after thermal transfer contacting the stamper in a direction away from the stamper. There has been proposed a thermal transfer press molding apparatus that includes a pin, and the knockout pin has an air ejection portion capable of air ejection in the vicinity of a position where the molding object can be extruded.
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。 Patent Document 2 proposes an invention relating to an apparatus for separating a shaped base material from a stamping tool (stamper) in a press-type shaping apparatus. In other words, a base material holding part that moves up and down by air pressure around the outer periphery of the stamping tool is provided, and the base material holding part presses and fixes the base material to the base material support part facing the stamping tool when transfer molding is performed. Later, an apparatus for removing the base material from the stamping tool has been proposed.
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。 Patent Document 3 discloses a transfer method for transferring a microstructure formed on a stamper to the surface of a molding member, a transfer method in which a molding member that has been transfer molded and attached to the stamper is sucked and released from the stamper, and further There has been proposed a transfer method in which compressed air is introduced between a stamper and a molded member after applying a suction force to the molded member to promote mold release.
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。 In Patent Document 4, in a press-type fine structure transfer molding apparatus, the fine concavo-convex part is attached to the fine concavo-convex part while the transfer body transferred to the thermoplastic tree is adhered to the glass transition temperature of the thermoplastic resin. A step of rapidly cooling to reduce the adhesive force between the fine irregularities and the transfer body; and the upper mold and the lower mold are removed from the fine irregularities while adhering the transfer body to the mirror surface. There has been proposed a method for producing a molded body, which includes a step of releasing the transfer body from the fine concavo-convex portion by opening in a direction perpendicular to the surface of the portion.
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。 As a means for releasing or releasing (peeling) the transferred microstructure from the stamper, a method of applying mechanical force to the transferred microstructure as in the apparatus proposed in Patent Document 1 or 2 is as follows. Although the fine structure can be quickly peeled from the stamper, there is a problem that the fine structure is easily damaged. The method using the air pressure as in the transfer method proposed in Patent Document 3 is a method in which an external force is applied to the fine structure, although damage to the fine structure is smaller than the method of applying the mechanical force described above. In the case of a fine structure having a dense fine structure, a high-aspect ratio fine structure, or a nano-order fine structure, damage may occur.
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。 On the other hand, the manufacturing method proposed in Patent Document 4 is capable of peeling the microstructure from the stamper in the vertical direction without applying an external force such as mechanical force or air pressure to the microstructure. Excellent. However, there is a problem that the mold temperature must be lowered until the adhesion between the microstructure and the stamper is reduced to such an extent that the microstructure can be easily peeled off, resulting in poor productivity.
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。 In view of such a conventional problem, the present invention does not damage a dense structure having a high aspect ratio or a microstructure having a nano-order structure and a large separation resistance from the stamper from the stamper. It is another object of the present invention to provide a fine structure transfer molding apparatus that can be quickly peeled off.
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。 The inventors of the present invention focused on the fact that it is important to peel the microstructure vertically from the stamper in order to safely peel it from the stamper without damaging the transferred microstructure. Completed.
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。 The fine structure transfer molding apparatus according to the present invention is a fine structure transfer device in which a fine structure is transferred to a resin by cooperation of a lower mold holding a stamper having a fine structure and an upper mold facing the lower mold. A molding apparatus having a shape provided with a window for accommodating the fine structure, and a peeling plate disposed on an upper surface of the stamper, and the peeling plate vertically moving with respect to the stamper It has a guiding means and a driving means.
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。 In the above invention, the stamper is a divided type in which a plurality of unit stampers each having a fine structure are fitted into the stamper receiver, and the peeling plate has a plurality of window portions that respectively accommodate the fine structures of the respective unit stampers. Can be. In this fine structure transfer molding apparatus, the upper mold is preferably provided with a pressing portion for pressing the resin against the stamper for each unit stamper.
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。 The stamper may include a plurality of unit microstructures, and the release plate may include a plurality of windows that accommodate the unit microstructures.
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。 In the above invention, the resin to be transferred and molded is preferably supplied by applying a molten resin to the stamper. The molten resin is preferably applied to the stamper so that the molten resin is integrated with the upper surface of the release plate.
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。 In the above-described microstructure transfer molding apparatus, a recovery device for peeling and collecting the resin having the microstructure transferred and molded from the release plate can be provided.
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。 According to the microstructure transfer molding apparatus of the present invention, even if the transferred microstructure is a microstructure having a high peel resistance from a stamper such as a dense, high aspect or nano-order microstructure. It can be quickly peeled off from the stamper without damaging the microstructure. For this reason, according to the microstructure transfer molding apparatus according to the present invention, a microstructure having a high aspect ratio or a microstructure having a dense or nano-order size microstructure can be suitably manufactured.
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。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a microstructure transfer molding apparatus according to the present invention. FIG. 1A shows a front view, and FIG. 1B shows a plan view of a release plate. As shown in FIG. 1, the fine structure transfer molding apparatus according to the present invention has a fine structure formed by the cooperation of a
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。
As shown in FIG. 1B, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Further, the
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。
In this fine structure transfer molding apparatus, after the transfer molding is performed, the
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。
In this example, the
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。
In the present invention, the resin to be transferred and molded may be a heat-softened resin sheet, but is preferably a molten resin. That is, the present invention applies a microstructure resin to the
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。
FIG. 2 illustrates a case where transfer molding is performed on a molten resin using the microstructure transfer molding apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 2A, a microstructure transfer molding apparatus having a
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。
Next, as shown in FIG. 2B, the
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。
Next, the
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。
The fine structure peeled off from the
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。
In this microstructure transfer molding apparatus, the microstructure thus transferred and molded can be peeled off from the
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。
In the present microstructure transfer molding device, the material of the
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。
The microstructure transfer molding apparatus according to the present invention has been described above. The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the present invention may be configured as shown in FIG. The microstructure transfer molding apparatus of this example has a circular
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。
In this microstructure transfer molding apparatus, by sucking or feeding air through the air holes 37, the
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。
This microstructure transfer molding apparatus has an advantage that the
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
10 Release plate
11 Body
12 Perimeter wall
13 Window
14 Boss
18 holes
20 Stamper
22 holes
25 Microstructure
27 Bearing
30 Lower mold
35 Stamper holder
37 Air holes
40 Upper mold
45 Pressing part
50 Recovery device
54 Arm
60 Molten resin
Claims (7)
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。 A microstructure transfer molding apparatus for transferring and molding the microstructure to a resin by the cooperation of a lower mold holding a stamper having a microstructure and an upper mold facing the stamper,
A peeling plate disposed on the upper surface of the stamper, and a guide means and a driving means for vertically moving the peeling plate in a vertical direction with respect to the stamper. A fine structure transfer molding apparatus.
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。 The stamper is a divided type in which a plurality of unit stampers having a fine structure are fitted into a stamper receiver,
The microstructure transfer molding apparatus according to claim 1, wherein the release plate has a plurality of windows that respectively accommodate the microstructures of the unit stampers.
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。 The stamper has a plurality of unit microstructures,
The microstructure transfer molding apparatus according to claim 1, wherein the peeling plate has a plurality of window portions for accommodating the unit microstructures.
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