JP6142120B2 - 成形方法及び成形装置 - Google Patents
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Description
本発明は、微細パターンを有するフィルムに曲面を成形する成形方法及び成形装置に関する。
従来、マイクロオーダ、ナノオーダの微細パターンを形成する方法として、ナノインプリント技術がある。これは、樹脂等の被成形物に微細パターンを有する型を加圧し、熱や光を利用して当該パターンを被成形物に転写するものである（例えば、特許文献１参照）。また、転写面積の拡大を図るために、可撓性のある型やステージを流体圧で加圧するインプリント装置も考えられている（例えば、特許文献２参照）。
近年、インプリント技術を用いてレンズの曲面上にモスアイ構造を形成することが期待されている。ここで曲面上に微細パターンを転写するためには、曲面状の型が必要になる。しかしながら、曲面等の非平面上に微細パターンを転写するためのインプリント用型を作成することは、非常に困難であると共にコストが掛かるという問題があった。
また、本願の発明者達は微細パターンが形成されているフィルム状の樹脂型をレンズ曲面状のステージに押し当てて曲面を形成する方法も考えたが、曲率の大きい曲面については曲面が成形できなかったり、微細パターンに誤差が生じる等の問題があった。
そこで本発明では、簡易かつ安価に、微細パターンを有するフィルムに曲面を成形することができる成形方法及びそのための成形装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の成形方法は、微細パターンを有するパターン面と当該パターン面と対向する裏面とを有するフィルムの所定の被成形領域に、当該フィルムの厚みを超える曲面を成形するためのものであって、前記フィルムの前記被成形領域の外縁部を固定する固定工程と、前記固定工程で前記樹脂フィルムを固定する側の流体の圧力が相対的に小さくなるように、前記樹脂フィルムの両面に所定の圧力差を生じさせる調圧工程と、を具備することを特徴とする。
この場合、前記フィルムの材質によっては、当該フィルムを加熱する第１加熱工程を有する方が好ましい。また、前記第１加熱工程は、加熱された伝熱ステージを前記フィルムの裏面に接触させて加熱する方が好ましい。
また、前記調圧工程は、前記フィルムのパターン面又は裏面のいずれか一方を大気圧に維持しても良い。また、前記調圧工程は、前記パターン面側を加圧しても良いし、減圧しても良い。
また、成形方法は、所望の曲面である受圧面を有する受圧ステージ上に、前記調圧工程で形成されたプレ曲面の裏面が受圧面上に重なるように前記フィルムを配置する配置工程と、前記フィルムを前記パターン面側から流体によって前記受圧ステージに加圧する加圧工程と、を更に有する。
この場合、前記フィルムの材質によっては、前記加圧工程の前に、当該フィルムを加熱する第２加熱工程を有する方が好ましい。また、前記加圧工程の前に、前記フィルムと前記受圧ステージとの間の雰囲気を減圧する減圧工程を有する方が好ましい。
また、本発明の成形装置は、微細パターンを有するパターン面と当該パターン面と対向する裏面とを有するフィルムの所定の被成形領域に、当該フィルムの厚みを超える曲面を成形するためのものであって、前記フィルムのパターン面側に第１圧力室を構成する第１筐体と、前記フィルムの裏面側に第２圧力室を構成する第２筐体と、前記フィルムの前記被成形領域の外縁部を固定する固定手段と、前記固定手段が前記フィルムを固定する側の流体の圧力が相対的に小さくなるように、前記第１圧力室と前記第２圧力室の圧力差を調節する調圧手段と、を具備することを特徴とする。
この場合、前記フィルムの材質によっては、当該フィルムを加熱するための加熱手段を具備する方が好ましい。また、前記加熱手段は、前記フィルムの裏面に接離可能に形成され、前記フィルムとの接触部分を均一に加熱するための伝熱ステージを有する方が好ましい。
また、前記調圧手段は、前記第１圧力室又は前記第２圧力室を大気圧に維持するようにしても良い。また、前記調圧手段は、前記第１圧力室又は第２加圧室を加圧する加圧手段を有するか、前記第１圧力室又は第２加圧室を減圧する減圧手段を有すれば良い。
また、前記固定手段は、前記第１筐体又は前記第２筐体と一体に形成される
本発明の成形装置及び成形方法は、フィルム上に簡易かつ安価に曲面を形成することができる。また、フィルムにまずプレ曲面を形成し、その後に最終的な曲面を形成すれば、精密な微細パターンが形成された曲率の大きい曲面をフィルム上に形成することができる。
本発明の成形方法は、微細パターン20aを有するパターン面と当該パターン面と対向する裏面とを有するフィルム20の所定の被成形領域に、当該フィルム20の厚みを超える曲面を成形するためのものであって、フィルム20の被成形領域の外縁部を固定する固定工程と、固定工程で樹脂フィルム20を固定する側の流体の圧力が相対的に小さくなるように、樹脂フィルム20の両面に所定の圧力差を生じさせる調圧工程と、で主に構成される（図１ないし図９参照）。これにより、フィルム20上にプレ曲面が成形される。なお、フィルム20の材質によっては、フィルム20を加熱する第１加熱工程を更に加えても良い。
次に、所望の曲面である受圧面を有する受圧ステージ32上に、調圧工程で形成されたプレ曲面の裏面が受圧面32上に重なるようにフィルム20を配置する配置工程と、フィルム20をパターン面側から流体によって受圧ステージ32に加圧する加圧工程とで、最終的な曲面を形成する（図１１、図１２参照）。この場合も、フィルム20の材質によっては、フィルム20を加熱する第２加熱工程を更に加えても良い。
ここで微細パターン20aとは、フィルム20の厚みより小さい深さの凹凸からなる幾何学的な形状をいう。例えば、モスアイとして機能する凹凸構造などが該当する。微細パターン20aは、平面方向の凸部の幅や凹部の幅の最小寸法が１００μｍ以下、１０μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。また、深さ方向の寸法も、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。
また、被成形領域とは、フィルム20のうち、成形時に曲面が形成される領域を意味する。また、曲面としては、例えばレンズ用の曲面等が該当し、プレ曲面とは、最終的な曲面を形成するための仮の曲面を意味する。
また、フィルム20とは、所定の温度において被成形領域を曲面に変形させることができるものであればどのようなものでも良いが、例えば、樹脂や金属を用いることができる。樹脂としては、環状オレフィン開環重合／水素添加体（ＣＯＰ）や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、などの熱可塑性樹脂を用いることができる。金属としては、ニッケルや金、銀等を用いることができる。インプリント用の型として用いる場合には、流体圧によって変形できる可撓性のあるものが好ましい。
固定工程では、調圧工程においてフィルム20の被成形領域のみが負圧側に変形するようにフィルム20の被成形領域の外縁部を固定手段94によって固定する（図１、図４、図７参照）。
第１加熱工程では、加熱手段95を用いて、フィルム20を加熱する。当該工程では、少なくとも被成形領域を加熱できれば良い。加熱温度は、調圧工程時にフィルム20が曲面に変形できる温度であれば良く、例えば樹脂フィルムであれば、当該樹脂のガラス転移温度以上にすれば良い。加熱はフィルム20を加熱できれば、どのよう方法を選択しても良いが、加熱された伝熱ステージ951を被成形領域の裏面全体に接触させて加熱すれば、被成形領域を均一な温度に加熱できる点で好ましい。この場合、伝熱ステージ951は、調圧工程の前に成形の邪魔にならない場所まで退避させる（図２、図５、図８参照）。なお、フィルム20が金属のような塑性変形可能な材質である場合には、第１加熱工程を省略することも可能である。
調圧工程では、固定工程でフィルム20を固定した側の流体の圧力が他方の圧力より相対的に小さくなるように調節し、フィルム20の両面に所定の圧力差を生じさせる。この圧力差が成形圧となる。これにより、フィルム20の被成形領域に均等な圧力が負荷され、負圧側に凸状のプレ曲面が形成される（図３、図６、図９参照）。なお、ここで流体とは、気体又は液体を意味する。
次に、フィルム20に形成されたプレ曲面を所望の曲面に成形する工程を説明する（図１１、図１２参照）。
配置工程では、プレ曲面の裏面側が受圧面321上に重なるようにフィルム20を配置する。すなわち、成形中に微細パターン20aが損傷するのを防止するため、微細パターン20aが形成されていない面を受圧面321側にする。この場合、受圧面321は、微細パターン20aを損なわないような表面粗さ、例えば鏡面状に形成される方が好ましい。
第２加熱工程では、フィルム20を加熱する。当該工程では、少なくともプレ曲面を加熱できれば良い。加熱温度は、加圧工程時にフィルム20が曲面に変形できる温度であれば良く、例えば樹脂フィルムであれば、当該樹脂のガラス転移温度以上にすれば良い。加熱はフィルム20を加熱できれば、どのよう方法を選択しても良いが、受圧ステージを加熱すれば、フィルム20を均一な温度に加熱できる点で好ましい。なお、フィルム20の材質が金属である場合などには、第２加熱工程を省略することも可能である。
加圧工程では、パターン面側から流体圧によってフィルム20を受圧ステージ32に加圧する。なお、加圧工程は、第２加熱工程の前でも後でも良く、フィルム20の硬さ等に応じて適宜決定することができる。
この後、必要であれば、フィルム20の温度を所定温度、例えば樹脂フィルムであれば、当該樹脂のガラス転移温度以下に冷却する冷却工程を経て、フィルム20に所望の曲面が成形される。
なお、フィルム20と受圧ステージ32の間に存在する気体を除去し、フィルム20と受圧ステージ32を均一に押圧できるようにするため、加圧工程の前に、フィルム20と受圧ステージ32との間の雰囲気を減圧する減圧工程を有する方が良い。この場合、減圧する際には、フィルム20と受圧ステージ32の間を離し、フィルム20と受圧ステージ32との間の気体を確実に除去した後、プレ曲面と受圧面321を重ねる方が好ましい。なお、言うまでもないが、減圧する際に、フィルム20が変形するのを防止するため、フィルム20の両面の圧力を同一にする方が良い。
このようにして、簡易かつ安価に、微細パターン20aを有するフィルム20に所望の曲面を成形することができる。また、このようにして形成されたものは、インプリント技術を用いてレンズ曲面等にモスアイ等の微細パターンを転写するためのインプリント用型として用いることができる。
次に、本発明の成形方法におけるプレ曲面に相当する曲面を形成するための成形装置について説明する。本発明の成形装置は、微細パターン20aを有するパターン面と当該パターン面と対向する裏面とを有するフィルム20の所定の被成形領域に、当該フィルム20の厚みを超える曲面を成形するためのものであって、フィルム20のパターン面側に第１圧力室910を構成する第１筐体91と、フィルム20の裏面側に第２圧力室920を構成する第２筐体92と、フィルム20の被成形領域の外縁部を固定する固定手段94と、固定手段94がフィルム20を支持する側の流体の圧力が相対的に小さくなるように、第１圧力室910と第２圧力室920の圧力差を調節する調圧手段93と、で主に構成される。なお、フィルム20の材質によっては、フィルム20を加熱するための加熱手段95を更に備えていても良い。
加熱手段95は、フィルム20を加熱することができるものであればどのようなものでも良いが、好ましくは、フィルム20の裏面と接触させて、電気ヒータの熱を伝えることができる伝熱ステージ951を用いるのが良い。この場合、伝熱ステージ951は移動手段952を有し、フィルム20に対して接離方向に移動可能に形成される。移動手段952としては、例えば、電気モータとボールねじによって、伝熱ステージ951をフィルム20に対して相対的に近接又離間するものを用いれば良い。もちろん、伝熱ステージ951をフィルム20に対して相対的に近接又離間できるものであればどのようなものでも良く、油圧式又は空圧式のシリンダによって移動することもできる。これにより、加熱時は伝熱ステージ951をフィルム20の裏面に接触させて、フィルム20を高速かつ均一に加熱し、成形時には成形の邪魔にならない位置まで退避させることができる。また、加熱手段の別の例としては、図示しないが、第１圧力室910又は第２圧力室920に供給する気体を加熱するものを用いても良い。なお、フィルム20の材質が金属である場合などには、加熱手段95を省略することも可能である。
第１筐体91は、フィルム20のパターン面側に第１圧力室910を構成することができればどのようなものでも良く、例えば、図７ないし図９に示すように、開口部を有する有底筒状に形成され、開口部をフィルム20によって閉じることにより、第１圧力室910を構成するものを用いれば良い。なお、図１ないし図６に示すように、第１圧力室910と第２圧力室920が隔離できれば、開口部は、フィルム20だけでなく、固定手段や第２筐体92と共に閉じるものでも良い。
また、第２筐体92は、フィルム20の裏面側に第２圧力室920を構成することができればどのようなものでも良く。例えば、開口部を有する有底筒状に形成され、開口部をフィルム20によって閉じることにより、第２圧力室920を構成するものを用いれば良い。なお、第１圧力室910と第２圧力室920が隔離されていれば、開口部は、フィルム20だけでなく、固定手段や第１筐体91と共に閉じるものでも良い（図１ないし３参照）。
第１筐体91や第２筐体92の材質は、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。
また、第１筐体91と第２筐体92は、第１圧力室910や第２圧力室920を開放するために接離可能な接離手段を具備しても良い。接離手段は、図示しないが、第１筐体91と第２筐体92の距離を調節するように、相対的に移動するものである。例えば、電気モータとボールねじによって、第１筐体91を第２筐体92に対して相対的に近接又離間すれば良い。もちろん、第１筐体91を第２筐体92に対して相対的に近接又離間できるものであればどのようなものでも良く、油圧式又は空圧式のシリンダによって移動することもできる。
また、図１ないし３では、伝熱ステージ951を第２筐体92の内部に設ける場合について説明したが、図４ないし図９に示すように、伝熱ステージ951を第２筐体92と一体に形成しても構わない。この場合には、第２筐体92は、両端に穴を有する筒状の第２筐体側壁部921と、当該穴に嵌挿可能な伝熱ステージ951が一体に形成される凸状の第２筐体底部922とで構成される。また、第２筐体側壁部921と第２筐体底部922との間には移動手段952の一部として、ばね9521等の弾性体を配置しても良い。これにより、第１筐体91と第２筐体側壁部921とを近接又は離間すると、伝熱ステージ951を第２筐体側壁部921の穴の中で移動させて、フィルム20と接触又は離間させることができる。
固定手段94は、成形時にフィルム20の被成形領域のみが変形するように、フィルム20の被成形領域の外縁部を固定するものである。例えば図１ないし３に示すように、被成形領域と同形の穴を有する筒状の枠体を用いることができる。フィルム20は、クリップ等の挾持手段941によって当該枠体に挾持すれば良い。また、固定手段94は、第１筐体91又は第２筐体92と一体に形成しても良い（例えば、図７ないし図９参照）。なお、枠体は、成形される曲面が凸状になる側の圧力室に配置される。すなわち、成形時に第１圧力室910側が第２圧力室920よりも正圧になる場合には、枠体は第２圧力室920側に配置され、成形時に第２圧力室920側が第１圧力室910よりも正圧になる場合には、枠体は第１圧力室910側に配置される。
また、第１筐体91、第２筐体92あるいは枠体（固定手段94）に密閉手段96を配置して第１圧力室910や第２圧力室920を確実に密閉するようにしても良い。例えば、図１ないし図９に示すように、密閉手段96としてＯリングを用意し、第１筐体91、第２筐体92あるいは枠体にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝を形成し、この溝にＯリングを配置すれば良い。
調圧手段93は、第１圧力室910と第２圧力室920の圧力差を調節して、フィルム20の被成形領域に所定の圧力を加え曲面を形成するためのものである。圧力は、固定手段94がフィルム20を固定する側の流体の圧力が相対的に小さくなるように調節される。調圧手段93としては、第１圧力室910と第２圧力室920内の気体の圧力を調節できるものであればどのようなものでも良いが、例えば、第１圧力室910又は第２圧力室920のいずれか一方の圧力を一定にしておき、他方の圧力を成形に必要な圧力分だけ加圧又は減圧するものを用いることができる。
調圧手段93の一例としては、第２圧力室920を大気圧に維持し、圧力センサ（図示せず）を用いて第１圧力室910の圧力を所定の成形圧分だけ正圧にする加圧手段を用いることができる。加圧手段は、図１に示すように、第１筐体91に第１圧力室用気体給排流路9351を接続し、第１圧力室用気体給排流路9351および三方弁9352を介して第１圧力室910へ空気や不活性ガス等の気体を供給すれば良い。当該気体の供給には、圧縮された気体を有するボンベやコンプレッサー等の気体供給源9353を用いることができる。また、第２圧力室920は、外部と連通する連通路や隙間等を形成し、大気圧に維持できるようにすれば良い。なお、加圧に用いた気体の排気には、三方弁9352の開閉によって気体を外部に排気するようにすれば良い。また、適宜安全弁等を設けても良い。
また、調圧手段93の別の例としては、第２圧力室920を大気圧に維持し、圧力センサ（図示せず）を用いて第１圧力室910の圧力を所定の成形圧分だけ負圧にする減圧手段を用いることができる。減圧手段は、図４ないし図６に示すように、第１筐体91に減圧室用気体給排流路9451および三方弁9452を介して減圧用ポンプ9453を接続し、第１圧力室910から空気等の気体を排気すれば良い。また、第２圧力室920は、外部と連通する連通路や隙間等を形成し、大気圧に維持できるようにすれば良い。なお、減圧した第１圧力室910を元に戻すには三方弁9452の開閉によって外部の気体を第１圧力室910に供給するようにすれば良い。また、適宜安全弁等を設けても良い。
また、調圧手段93は、加圧手段と減圧手段の両方を備えるようにしても構わない。
なお、上記説明では、第２圧力室920を大気圧に維持し、第１圧力室910を加圧又は減圧する場合について説明したが、第１圧力室910を大気圧に維持し、第２圧力室920を加圧又は減圧するように構成しても構わない。また、パーティクルの侵入等を防止するために、第１圧力室910と第２圧力室920の両方を大気圧以上に加圧した上で、圧力差が生じるように調節しても構わない。
次に、本発明の成形装置で形成したプレ曲面を基に所望の曲面を形成するための成形装置について説明する。当該成形装置は、図１１、図１２に示すように、微細パターン20aを有するフィルム20のプレ曲面に、所定の曲面を精密に成形するための成形装置であって、フィルム20を微細パターン20a側から流体によって加圧するための加圧室30と、当該加圧室30内の流体の圧力を調節する加圧手段35と、を有する加圧部３と、所定の曲面からなる受圧面321を有し、フィルム20を支持する受圧ステージ32と、で主に構成される。また、フィルム20の材質によっては、当該フィルム20の温度を調節する温調部（図示せず）を更に備えていても良い。
加圧部３は、フィルム20を流体によって直接的に加圧するための加圧室30と、加圧室30内の流体の圧力を調節する加圧手段35とで構成される。また、加圧室30は、例えば、フィルム20と、加圧室用筐体33と、フィルム20と加圧室用筐体33との間を密閉する密閉手段34と、で構成すれば良い。
加圧室用筐体33は、開口部を有する有底筒状に形成され、開口部をフィルム20によって閉じることにより、密閉された空間である加圧室30を構成するものである。この開口部は、フィルム20に成形される曲面より大きく形成される。材質は、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。なお、フィルム20は、微細パターン20aが加圧室30側に向くように開口部を閉じる。
密閉手段34は、加圧室30を密閉にするために、加圧室用筐体33とフィルム20との間を密接させるものである。例えば、図１１に示すように、密閉手段34としてＯリングを用意すると共に、加圧室用筐体33の側壁33aの受圧ステージ32側端部にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝33bを形成し、この溝にＯリングを配置すれば良い。これにより、フィルム20を加圧室用筐体33と受圧ステージ32とによって挟持し、加圧室用筐体33とフィルム20とを密接させることができるので、加圧室30内を密閉することができる。また、加圧室用筐体33とフィルム20との間に傾きがあっても、その平行度がＯリングのつぶし代以内であれば、加圧室30を確実に密閉することができる。
なお、加圧室30の開閉には、開閉手段を用いる。開閉手段は、図示しないが、加圧室用筐体33と受圧ステージ32の距離を調節するように、相対的に移動するものである。例えば、電気モータとボールねじによって、加圧室用筐体33を受圧ステージ32に対して相対的に近接又離間すれば良い。もちろん、加圧室用筐体33を受圧ステージ32に対して相対的に近接又離間できるものであればどのようなものでも良く、油圧式又は空圧式のシリンダによって移動することもできる。
加圧手段35は、受圧ステージ32の曲面をフィルム20に転写可能な圧力まで、加圧室30内の流体の圧力を調節可能であればどのようなものでも良い。例えば、図１に示すように、加圧室用筐体33に加圧室用気体給排流路351を接続し、加圧室用気体給排流路351を介して加圧室30へ空気や不活性ガス等の気体を給気又は排気すれば良い。当該気体の供給には、圧縮された気体を有するボンベやコンプレッサー等の気体供給源352を用いることができる。また、気体の排気には、図示しないが、脱気弁の開閉によって気体を排気するようにすれば良い。なお、適宜安全弁等を設けても良い。
受圧ステージ32は、加圧部３の圧力を受けたフィルム20を支持すると共に、フィルム20のプレ曲面を所定の曲面に成形するためのものである。曲面は、受圧ステージのフィルム20と接触する側の面である受圧面321に形成される。ここで曲面とは、例えば、凸レンズや凹レンズの曲面に相当するものなどが該当する。また、受圧面321は、少なくとも曲面の表面が微細パターン20aや曲面の機能を損なわないような表面粗さの鏡面状に形成される方が好ましい。材質は、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、炭素鋼等の鉄材やＳＵＳなどの金属を用いることができる。また、フィルム20を受圧ステージ32側から加熱する場合には、金属等の熱伝導性の高いものを用いる方が好ましい。また、フィルム20を加圧室30側から加熱する場合には、受圧ステージ32側に熱が逃げるのを防止するため熱伝導性の低いものを用いても良いが、加熱むらを防止するため、ステージ表面は熱伝導性の高いもので構成する方が好ましい。
温調部は、図示しないが、フィルム20を加熱又は冷却することによりフィルム20の温度を調節するものである。温調部は、フィルム20を直接的又は間接的に加熱する加熱手段や冷却する冷却手段で構成される。
加熱手段は、フィルム20を受圧ステージ32に加圧した際に曲面に変形できる温度、例えば樹脂フィルムであれば、当該樹脂のガラス転移温度以上又は溶融温度以上に加熱することができるものであればどのようなものでも良い。また、フィルム20を受圧ステージ32側から加熱するものでも、加圧室30側から加熱するものでも良い。具体的には、受圧ステージ32内や、受圧ステージ32を載置するステージ本体320にヒータを設けて受圧ステージ32側からフィルム20を加熱するものを用いることができる。また、加圧室30にセラミックヒータやハロゲンヒータのような電磁波による放射によって加熱する放射熱源を設け、フィルム20を加熱するものを用いることもできる。また、加圧室30に供給する気体を加熱しておき、加熱気体によって加熱することも可能である。なお、フィルム20の材質が金属である場合などには、加熱手段を省略することも可能である。
冷却手段は、フィルム20を、所定温度、例えば樹脂フィルムであれば、当該樹脂のガラス転移温度未満又は溶融温度未満に冷却することができるものであればどのようなものでも良い。また、フィルム20を受圧ステージ32側から冷却するものでも、加圧室30側から冷却するものでも良い。具体的には、受圧ステージ32内又はステージ本体320に冷却用の水路を設けて受圧ステージ32側からフィルム20を冷却するものを用いることができる。また、加圧室30に冷却用の気体や液体を循環させて冷却するものを用いても良い。
また、温調部は、上述した加熱手段や冷却手段を複数組み合わせたものでも構わない。
なお、本発明の成形装置は、フィルム20と受圧ステージ32の間の雰囲気を減圧するための減圧室を有する減圧部４を備えていても良い。これにより、フィルム20と受圧ステージ32の間に存在する気体を除去し、フィルム20と受圧ステージ32を均一に押圧して成形することができる。
減圧部４としては、例えば図１に示すように、フィルム20を内包する減圧室40と、減圧室40内の気体を排出する減圧手段45とで構成すれば良い。
減圧室40は、減圧室用筐体と、減圧室用密閉手段44と、受圧ステージ32又は受圧ステージ32を載置するステージ本体320とで構成される。
減圧室用筐体は、例えば、加圧室用筐体33と、加圧室用筐体33の上部から水平に延伸するフランジ部431と、加圧室用筐体33を覆うようにフランジ部431から垂下する蛇腹432と、で構成することができる。この場合、加圧室30も減圧室40の一部となる。
減圧室用密閉手段44は、減圧室40を密閉するために、減圧室用筐体33と受圧ステージ32又はステージ本体320との間を密接させるものである。例えば、図１に示すように、減圧室用密閉手段44としてＯリングを用意すると共に、蛇腹432のステージ本体側端部にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝432bを形成し、この溝432bにＯリングを配置すれば良い。これにより、減圧室40内を密閉することができる。また、減圧室用筐体と受圧ステージ32との間に傾きがあっても、その平行度がＯリングのつぶし代以内であれば、減圧室40を確実に密閉することができる。
なお、減圧室用筐体、減圧室用密閉手段44は、減圧した際の外力に耐えられる強度を有するものであることは言うまでもない。
減圧手段45は、減圧室40に接続される減圧室用気体給排流路451と、減圧室用気体給排流路451を介して減圧室40内の気体を排気する減圧用ポンプ452とで構成すれば良い。
減圧用ポンプ452は、フィルム20と受圧ステージ32を加圧した際に転写不良が生じない範囲まで減圧室40を減圧できるものであれば良い。
また、減圧室40内において、減圧時にフィルム20と受圧ステージ32の間を離し、フィルム20と受圧ステージ32との間の気体を除去し易くするための離間手段46を設けても良い。これにより、気体の除去を確実に行い、転写不良を防止することができる。離間手段46は、フィルム20と受圧ステージ32の間に隙間を形成するものであればどのようなものでも良いが、例えば図１に示すように、フィルム20の端部を挟持する挾持部461と、フィルム20と受圧ステージ32が離間する方向に当該挟持部461を移動させる昇降手段（図示せず）とで構成すれば良い。
挾持部461は、例えば、ばね等の弾性力を付勢して挾持するクリップ等を用いることができる。
昇降手段としては、油圧式又は空圧式のシリンダによって移動させるものや、電動モータとボールねじによって移動させるもの等を用いることができる。
20 フィルム
20a 微細パターン
32 受圧ステージ
91 第１筐体
92 第２筐体
93 調圧手段
94 固定手段
95 加熱手段
910 第１圧力室
920 第２圧力室
20a 微細パターン
32 受圧ステージ
91 第１筐体
92 第２筐体
93 調圧手段
94 固定手段
95 加熱手段
910 第１圧力室
920 第２圧力室
Claims (15)
- 凸部又は凹部の幅が２μｍ以下の微細パターンを有するパターン面と当該パターン面と対向する裏面とを有するフィルムの所定の被成形領域に、当該フィルムの厚みを超える曲面を成形するための成形方法であって、
前記フィルムの前記被成形領域の外縁部を、形成される前記曲面が凸状になる側で固定する固定工程と、
加熱された伝熱ステージを前記フィルムの裏面に接触させて当該フィルムを加熱する第１加熱工程と、
前記第１加熱工程後に、前記固定工程で前記フィルムを固定する側の流体の圧力が相対的に小さくなるように、前記フィルムの両面に所定の圧力差を生じさせる調圧工程と、
を具備することを特徴とする成形方法。 - 前記調圧工程は、前記フィルムのパターン面又は裏面のいずれか一方を大気圧に維持することを特徴とする請求項１記載の成形方法。
- 前記調圧工程は、前記パターン面側を加圧することを特徴とする請求項１又は２記載の成形方法。
- 前記調圧工程は、前記パターン面側を減圧することを特徴とする請求項１又は２記載の成形方法。
- 前記調圧工程において、前記フィルムにプレ曲面を形成し、
所望の曲面である受圧面を有する受圧ステージ上に、前記プレ曲面の前記フィルムの裏面が受圧面上に重なるように前記フィルムを配置する配置工程と、
前記フィルムを前記パターン面側から流体によって前記受圧ステージに加圧する加圧工程と、
を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の成形方法。 - 前記フィルムの少なくとも前記プレ曲面を加熱する第２加熱工程を有することを特徴とする請求項５記載の成形方法。
- 前記加圧工程の前に、前記フィルムと前記受圧ステージとの間の雰囲気を減圧する減圧工程を有することを特徴とする請求項５又は６記載の成形方法。
- 前記受圧ステージは、表面が鏡面状に形成されるものであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の成形方法。
- 前記受圧ステージは、表面が少なくとも前記微細パターンの機能を損なわないような表面粗さの鏡面状に形成されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の成形方法。
- 前記減圧工程は、前記フィルムの両面の圧力を同一にすることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の成形方法。
- 凸部又は凹部の幅が２μｍ以下の微細パターンを有するパターン面と当該パターン面と対向する裏面とを有するフィルムの所定の被成形領域に、当該フィルムの厚みを超える曲面を成形するための成形装置であって、
前記フィルムのパターン面側に第１圧力室を構成する第１筐体と、
前記フィルムの裏面側に第２圧力室を構成する第２筐体と、
前記フィルムの前記被成形領域の外縁部を、形成される前記曲面が凸状になる側で固定する固定手段と、
前記フィルムの裏面に接離可能に形成され、前記フィルムとの接触部分を均一に加熱するための伝熱ステージと、前記フィルムの裏面および成形時に成形の邪魔にならない位置との間で前記伝熱ステージを前記フィルムに対して接離方向に移動する移動手段と、を有する加熱手段と、
前記固定手段が前記フィルムを固定する側の圧力が小さくなるように、前記第１圧力室と前記第２圧力室の圧力差を調節する調圧手段と、
を具備することを特徴とする成形装置。 - 前記調圧手段は、前記第１圧力室又は前記第２圧力室を大気圧に維持することを特徴とする請求項１１記載の成形装置。
- 前記調圧手段は、前記第１圧力室又は前記第２圧力室を加圧する加圧手段を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の成形装置。
- 前記調圧手段は、前記第１圧力室又は前記第２圧力室を減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の成形装置。
- 前記固定手段は、前記第１筐体又は前記第２筐体と一体に形成されることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の成形装置。
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