JPWO2007052469A1 - インプリント装置及びインプリント方法 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、インプリント用の金型の面と被成形材の面との平行度が低下している場合でも自動的に平行度を改善してプレスが可能なインプリント装置及びインプリント方法を提供することである。このインプリント装置は、被成形材を保持する被成形材保持部と、微細構造を有する金型を保持する金型保持部と、を備え、微細構造を被成形材に転写するために被成形材と金型とを相対的に接近させてプレスする際に、そのプレス方向の力で変形する変形機構を介してプレス力を加えるように構成したことを特徴とする。

Description

本発明は、金型の微細構造を被成形材に転写するインプリント装置及びインプリント方法に関する。

微細構造を有する金型を用いて、ポリスチレン等の樹脂を加圧成形した後に、成形品を金型から剥離することで、微小突起を有する微細構造物を得るインプリント法が公知である(例えば、下記特許文献１参照)。
特開２００５−１８９１２８号公報

上記インプリントにおいて、金型の面と被成形材である樹脂の面との平行度が低下してしまう場合がある。例えば、被成形材の寸法誤差、形状誤差、被成形材の設置の際の傾き等のためである。また、アライメント調整機構によって固定された傾きが経時変化によってずれてしまった状態でも生じることがある。このように平行度が低下した状態で加圧すると、金型と被成形材との接触及び面圧が不均一になり、金型の微細構造への樹脂の充填が不充分になり充填むらが生じてしまう。また、金型と被成形材とを相対的にすべらせる力が発生し、この力は樹脂の充填に寄与せず、むしろ、金型の微細構造を破壊するように作用してしまう。

上述の充填むらを回避し樹脂の充填を均一にするには、金型面と被成形材面との面密着性を上げることが必要であり、このため、微細構造の転写に必要なプレス力以上のプレス力を加える必要がある。

しかし、大きなプレス力を加えると、被成形材の特に外径部分が歪んでしまい、製品精度の低下の原因となってしまい、また、被成形材が樹脂製で光学素子とする場合には複屈折が出てしまい光学性能が悪化してしまう。また、上述の金型と被成形材とを相対的にすべらせる力が増大し、金型への負担が大きくなるため、金型の耐久性の低下につながる。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、インプリント用の金型の面と被成形材の面との平行度が低下している場合でも自動的に平行度を改善してプレスが可能なインプリント装置及びインプリント方法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、本発明によるインプリント装置は、被成形材を保持する被成形材保持部と、微細構造を有する金型を保持する金型保持部と、を備え、前記微細構造を前記被成形材に転写するために前記被成形材と前記金型とを相対的に接近させてプレスする際に、そのプレス方向に変形し易い変形機構を介してプレス力を加えるように構成したことを特徴とする。

このインプリント装置によれば、被成形材の面と金型の面とが互いに非平行であっても、被成形材と金型とに変形機構を介してプレス力を加えると、変形機構がプレス方向に変形し易いため上述の非平行状態に応じて変形し、各面が互いに平行になる。このため、インプリント用の金型の面と被成形材の面との平行度が低下している場合でも自動的に平行度を改善してプレスが可能となり、金型の微細構造を被成形材に精度よく転写できる。また、被成形材と金型の平行度の微調整が不要となり、インプリントの成形性を向上できる。

上記インプリント装置において前記変形機構は、前記プレス力が加わったときに、前記被成形材保持部及び前記金型保持部を含む装置全体よりも大きく変形することが好ましい。このように、変形機構の剛性を装置全体の剛性よりもかなり小さくすることで、プレス力を加えると、装置全体はほとんど変形せず、変形機構が優先的にプレス方向に変形するため金型の面と被成形材の面との非平行状態に応じて容易に変形し、平行度の改善が容易となる。

また、前記被成形材保持部を支持する支持台と前記被成形材保持部との間に前記変形機構を配置することができる。また、前記金型保持部を支持する支持台と前記金型保持部との間に前記変形機構を配置するようにしてもよい。なお、変形機構を両方に配置してもよい。

また、前記変形機構は弾性部材を備えることで、変形機構の変形を弾性変形とし、プレス力除去後に弾性復元するので、変形機構を繰り返し使用することができ、成形加工コストが嵩むことはない。なお、弾性部材としては、ゴム製のＯ（オー）リングやシート部材またはコイルばね等のばね部材がある。

本発明によるインプリント方法は、微細構造を有する金型と被成形材とを相対的に接近させてプレスする際に、そのプレス方向に変形し易い変形機構を介してプレス力を加えることで前記微細構造を前記被成形材に転写することを特徴とする。

このインプリント方法によれば、被成形材の面と金型の面とが互いに非平行であっても、被成形材と金型とに変形機構を介してプレス力を加えると、変形機構がプレス方向に変形し易いため上述の非平行状態に応じて変形し、各面が互いに平行になる。このため、インプリント用の金型の面と被成形材の面との平行度が低下している場合でも自動的に平行度を改善してプレスが可能となり、金型の微細構造を被成形材に精度よく転写できる。また、被成形材と金型の平行度の微調整が不要となり、インプリントの成形性を向上できる。

上記インプリント方法において前記被成形材の面と前記微細構造を含む面とが互いに非平行であるとき、前記プレス力を加えて前記変形機構を変形させることで前記面を互いに平行にすることができる。

また、上記インプリント方法は、シリコン等の硬質基材とその硬質基材上に形成したレジスト材等の樹脂膜とからなる前記被成形材やシート材からなる前記被成形材に適用すると好ましい。

本発明のインプリント装置及びインプリント方法によれば、インプリント用の金型の面と被成形材の面との平行度が低下している場合でも自動的に平行度を改善してプレスが可能となる。このため、微細構造における被成形材の充填を均一にでき充填むらを防止でき、金型の微細構造を被成形材に精度よく転写できるとともに、余分なプレス力が不要であり、金型の耐久性を向上させることができる。

第１実施形態のインプリント装置１０の断面図である。 従来のインプリント装置の概略構成を示す説明図である。 本実施例及び比較例の実験装置及び金型でプレスした被成形材の樹脂表面写真である。 本実施例及び比較例の実験結果を説明する図である。 第２実施形態のインプリント装置１０の断面図である。 被成形材保持部１７と支持台１８の間に配置するコイルばね２０ｂの配置例を説明する説明図である。 第３実施形態のインプリント装置１０の断面図である。 第４実施形態のインプリント装置１０の断面図である。 第５実施形態のインプリント装置１０の断面図である。

符号の説明

１０ インプリント装置
１１ 金型保持部
１２ 金型
１２ａ 凹凸微細構造部
１２ｂ 金型面
１６ 被成形材
１６ａ 被成形面
１７ 被成形材保持部
１８ 支持台
２０ 変形部（変形機構）
２０ａ Ｏリング
θ 傾斜角
Ｆｚ プレス力
Ｐ プレス方向

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は第１実施形態のインプリント装置１０の断面図である。図１（ａ）はプレス力を加える直前の状態、図１（ｂ）はプレス力を加えた後の状態の概略構成をそれぞれ示す。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態によるインプリント装置１０は、金型面１２ｂの面内に凹凸微細構造部１２ａを含むシリコン等の板状の金型１２を保持片１３とボルト１４とで保持する金型保持部１１と、被成形面１６ａを有し樹脂等からなる被成形材１６を金型面１２ｂと対向するように保持する被成形材保持部１７と、被成形材保持部１７を支持する支持台１８と被成形材保持部１７との間に介在させたゴム製のＯリング２０ａからなる変形機構２０と、を備える。

インプリント装置１０は、金型保持部１１に対し上方から下方に方向Ｐのようにプレス力を加えるプレス機構（図示省略）を備え、プレス機構により方向Ｐに金型保持部１１を被成形材保持部１７に対しプレスすることで金型１２を被成形材１６に押し付け、金型１２の凹凸微細構造部１２ａの形状を被成形材１６の被成形面１６ａに転写する。

また、金型保持部１１及び被成形材保持部１７は例えば鉄鋼やステンレス鋼の金属材料等から構成されており、比較的剛性が大きい。このため、ゴム製のＯリング２０ａからなる変形機構２０は、図１（ｂ）のように、プレス力が方向Ｐに加わったとき、シリコン等からなる金型１２を保持した金型保持部１１及び樹脂等の被成形材１６を保持した被成形材保持部１７を含む装置全体よりも大きく変形し、Ｏリング２０ａの円形断面が押し潰されるようにして弾性変形する。

次に、本発明における第１実施形態のインプリント装置１０の動作を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は第１実施形態のインプリント装置１０の断面図である。本実施形態では変形機構２０にＯリング２０ａを用いている。図１（ａ）のように、被成形材保持部１７が被成形材１６を保持した状態でＯリング２０ａを介して支持台１８上に置かれており、金型１２を保持した金型保持部１１が上方に支持されている。

ここで、金型１２の寸法誤差・形状誤差、金型１２の金型保持部１１への保持の際の傾きまたは金型保持部１１の傾き等の原因で金型１２の金型面１２ｂが被成形材１６の被成形面１６ａに対し平行ではなく傾斜している。即ち、金型１２の中心線ａが被成形材１６の被成形面１６ａの中心線ｂ（一点鎖線で示す）に対し傾斜角θで傾斜している。

上述の状態でプレス機構（図示省略）により金型保持部１１を図１（ｂ）の方向Ｐに移動させると、金型面１２ｂと被成形面１６ａとは非平行で傾いてミスアライメントが生じているので、まず図１（ａ）のように金型１２が中心線ａから半径方向に距離Ｒだけずれた金型面１２ｂの位置で被成形材１６の被成形面１６ａの隅に当接する。金型１２がプレス力Ｆｚで被成形面１６ａを上記ずれた位置で押し付けると、そのずれた位置側の変形機構２０のＯリング２０ａが弾性変形を始める。

そして、金型保持部１１を方向Ｐに更に移動させて押し付けると、プレス力Ｆｚにより被成形材１６の被成形面１６ａの中心線ｂが金型１２の中心線ａと一致するようにＯリング２０ａが弾性変形する。このようにして、上記ずれた位置側でＯリング２０ａが押し潰されるようにして弾性変形することで、被成形面１６ａと金型面１２ｂとの傾斜が吸収された状態となり、被成形材１６の被成形面１６ａが金型１２の金型面１２ｂに対しほぼ平行となって、金型面１２ｂが被成形面１６ａの全面に当接し均一に密着するようになる。このとき、プレス力Ｆｚは金型１２の中心線ａと同じ方向で被成形面１６ａに作用する。

上述のように、被成形材１６の被成形面１６ａと金型１２の金型面１２ｂとが互いに非平行であっても、被成形材１６と金型１２とに変形機構２０を介してプレス力を加えると、各面１６ａ、１２ｂが平行になるように変形機構２０が弾性変形するので、各面１６ａ、１２ｂの平行度が低下している場合でも自動的に平行度を改善できる。これにより、被成形面１６ａと金型面１２ｂとの接触及び面圧が均一になり、この状態でプレス力を更に加えて金型１２を被成形材１６にプレスすることで、金型１２の凹凸微細構造部１２ａに被成形材１６の樹脂が充分に充填し、凹凸微細構造部１２ａの形状を被成形材１６に精度よく転写できる。また、被成形材１６と金型１２の平行度の微調整が不要となり、インプリントの成形性を向上できる。

図２は従来のインプリント装置の概略構成を示す説明図である。図２（ａ）には図１（ａ）のインプリント装置から変形機構２０を除いたインプリント装置を示している。また、図２（ｂ）は図２（ａ）のインプリント装置のプレス力を増やしたときに被成形材が大きく変形してしまう様子を示している。

図２（ａ）のように、被成形材１６の被成形面１６ａの中心線ｂが金型１２の中心線ａに対し傾斜角θで傾斜したまま金型１２が被成形面１６ａをプレスすると、被成形面１６ａにプレス力Ｆｚが金型１２の中心線ａに対し傾斜角θで傾斜した方向に加わる。すると、金型面１２ｂが被成形面１６ａの端部Ａ側で密着せず、金型１２と被成形材１６との接触・面圧が不均一になる。このため、金型１２の凹凸微細構造部１２ａへの被成形材１６の樹脂の充填が不充分になる。

また、金型面１２ｂを被成形面１６ａの全面に密着させようとしてプレス力を増やすと、図２（ｂ）のように、被成形材１６の側面近傍１９が大きく変形してしまう。また、金型１２が被成形面１６ａと傾斜角θで傾斜していると、金型１２と被成形材１６とを相対的にすべらせる力Ｆｘが生じるが、このＦｘは樹脂の充填に寄与しない成分であり、金型１２の凹凸微細構造部１２ａを破壊する要因となってしまう。そして、プレス力を増やすと、すべり力Ｆｘが更に大きくなり、凹凸微細構造部１２ａの破壊が更に進行する。

上述の従来技術では被成形材１６の被成形面１６ａの面積が大きくなる程、金型１２と被成形材１６との接触・面圧が不均一になり易いのに対し、本実施の形態によるインプリント装置１０によれば、被成形材１６の被成形面１６ａが比較的大面積であっても、被成形面１６ａを金型１２の金型面１２ｂに均一な面圧で均一に接触させて密着させることができ、充填むらを低減できる。

また、傾斜したままでプレスする場合に比べて必要なプレス力を大幅に低減できるので、金型１２の負担が軽減し、金型の耐久性が向上し、また、被成形材１６を樹脂製の光学素子とする場合、従来技術のような複屈折による光学性能の悪化を低減できる。

また、図１（ａ）の初期状態で被成形面１６ａが金型１２に対し傾斜角θで傾斜しているため図２（ａ）と同様に金型１２と被成形材１６とを相対的にすべらせる力Ｆｘが作用するが、変形機構２０の弾性変形によりＦｘも緩和できるので、凹凸微細構造部１２ａを図の横方向に破壊するようなすべり力が低下し、金型１２の耐久性向上に寄与する。

また、上述のインプリント法は、被成形材１６がシリコン等の硬質基材とその硬質基材上に形成したレジスト材等の樹脂膜とからなる場合や、被成形材１６がシート材である場合に適用すると好ましい。このような被成形材１６は弾性変形し難いので、変形機構２０を介さないでプレスすると、被成形面１６ａと金型面１２ｂとが互いに非平行である場合は密着しにくいが、変形機構２０を介在させることで被成形材１６を金型１２の金型面１２ｂに均一に密着させて充填むらを低減できる。

また、インプリント法では必要に応じて金型と被成形材とを加熱するが、その後の冷却過程での熱収縮により金型と被成形材が離れてしまう予期しない離型に関し、かかる離型を変形機構２０を介在させておくことで防止できる。

次に、本発明を実施例により更に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

図３に本実施例の実験装置及び比較例の実験装置及び金型でプレスした被成形材の樹脂表面写真を示す。図３（ａ−１）は比較例の実験装置、図３（ｂ−１）は本実施例の実験装置である。図３（ａ−２）はプレス力４００Ｎ、図３（ａ−３）はプレス力８００Ｎで金型をプレスした比較例の被成形材の樹脂表面写真である。また、図３（ｂ−２）はプレス力４００Ｎで金型をプレスした本実施例の被成形材の樹脂表面写真である。

本実施例及び比較例では、図３（ａ−１）、図３（ｂ−１）のように、Ｚステージ１００の上にロードセル１０１を介して裏面観察治具１０２を配置し、シートチャック１０３に固定した被成形材１６である樹脂シートに対し上方から金型１２でプレスし、そのときの樹脂シートの裏面を観察し写真撮影した。用いた樹脂シートは、耐熱透明樹脂「アートン／ＡＲＴＯＮ（登録商標）」（ＪＳＲ株式会社）厚さ１８８μｍを用い、金型温度を２１０度に設定した。実施例では市販のゴム製のＯリング２０ａを裏面観察治具の下方に配置し、比較例では省略している。Ｏリング２０ａの材質はニトリルゴムであり、内径２９．７ｍｍ、線径３．５ｍｍ、硬度は７０±５Ｈｓ（ＪＩＳ規格による）のものを用いた。また、金型１２は平面形状が円形の凹凸微細構造（深さ１３００ｎｍ、ピッチ３５０ｎｍ）を形成したシリコン基板であった。

比較例のプレス力が４００Ｎの場合、図３（ａ−１）のように写真の右側で金型とシート面との接触・面圧がかなり不均一であり、プレス力を８００Ｎと２倍にした場合には、図３（ａ−２）のように接触・面圧は改善されているが、高圧力のために複屈折が生じている。これに対し、本実施例では、プレス力が４００Ｎの場合、図３（ｂ−２）のように比較例のプレス力が４００Ｎの場合と比べて、金型とシート面との接触・面圧がかなり改善されていることが分かる。また、金型面とシート面との間の傾斜によるミスアライメントが補正されていることが分かる。

図４は、本実施例及び比較例において（プレス力がともに４００Ｎ）金型から樹脂シートに転写された凹凸微細パターンの構造高さを測定し、測定した半径位置に対し測定した構造高さをプロットした図である。

図４から分かるように、凹凸微細構造の構造深さは、本実施例では半径位置の左端から右端までほぼ一定であるが、比較例では、構造深さが半径位置が−１ｍｍから減少し始め＋１ｍｍではゼロとなっており、＋１ｍｍから＋２ｍｍの範囲では転写が行われていない。このように、ミスアライメント補正のない比較例では金型とシート面との接触・面圧が不充分であり、樹脂の充填むらが生じたのに対し、ミスアライメント補正を行った実施例では樹脂の充填むらは殆ど生じていない。

なお、本実施例では、プレス力を加え始めた初期段階に約７０Ｎのプレス力でミスアライメント補正が開始しており、また、金型の冷却過程において離型力は特に発生しなかった。

以上のように第１実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１では変形機構２０の弾性部材としてゴム製のＯリング２０ａを用いたが、本発明はこれに限定されず、他の弾性体を用いてもよく、例えば、ゴム製等の板部材、コイルばねであってもよい。Ｏリング等のゴム材はフッ素ゴムやニトリルゴム等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。以下、他の実施形態について説明するが、今までに説明した同一機能要素には同番号を付し、説明を省略する。
次に、変形機構２０にコイルばねを用いた第２実施形態のインプリント装置１０について説明する。図５は第２実施形態のインプリント装置１０の断面図、図６は、被成形材保持部１７と支持台１８の間に配置するコイルばね２０ｂの配置例を説明する説明図である。

図５のように、被成形材保持部１７が被成形材１６を保持した状態でコイルばね２０ｂを介して支持台１８上に置かれており、金型１２を保持した金型保持部１１が上方に支持されている。

コイルばね２０ｂは各方向に均等に変形するように、被成形材保持部１７の円周を少なくとも３等分した位置に配置する必要がある。図６（ａ）は被成形材保持部１７の円周を４等分した位置に配置した例、図６（ｂ）は被成形材保持部１７の円周を８等分した位置に配置した例である。図６（ｂ）のように、より多くのコイルばね２０ｂを被成形材保持部１７の円周上に均等に配置することが望ましい。

次に、コイルばね２０ｂを選定する際のバネ定数の一例について説明する。
図５のように金型面１２ｂが被成形面１６ａに当接したときの、被成形材１６の他端Ａにおける金型面１２と被成形面１６ａとの距離を平行度誤差ΔＺとする。また、コイルばね２０ｂは図６（ａ）のように被成形材保持部１７の円周を４等分した位置に配置されているものとする。平行度誤差ΔＺは０．０５ｍｍ、プレス力を４００Ｎとし、コイルばね２０ｂのストローク量を１ｍｍ以上とすると、例えばバネ定数は９０Ｎ／ｍｍから約１１０Ｎ／ｍｍの範囲の値が好適である。

図５のそのほかの構成要素と動作は、変形機構２０にコイルばね２０ｂを用いたこと以外は第１実施形態と全く同じであり、説明を省略する。

次に、被成形材保持部１７を回転軸受け７２で支持した第３実施形態のインプリント装置１０について説明する。図７は第３実施形態のインプリント装置１０の断面図である。図５と同様に、被成形材保持部１７が被成形材１６を保持した状態でコイルばね２０ｂを介して支持台１８上に置かれており、金型１２を保持した金型保持部１１が上方に支持されている。変形機構２０として用いるコイルばね２０ｂは各方向に均等に変形するように、被成形材保持部１７の円周を少なくとも３等分した位置に配置する必要がある。図７ではコイルばね２０ｂが被成形材保持部１７の円周を４等分した位置に配置されているものとして説明する。

第３実施形態では、被成形材保持部１７は回転軸受け７２を有する軸７１により支持されている。軸７１は直動軸受け７０に摺動して紙面上下方向に移動可能であるが、紙面左右方向へ移動することはできない。したがって、被成形材保持部１７は紙面上下方向の移動と回転軸受け７２を中心に回転が可能である。

次に、本発明における第３実施形態のインプリント装置１０の動作を説明する。図１と同様に、図７では金型１２の中心線ａが被成形面１６ａの中心線ｂに対し傾斜角θで傾斜した状態を示している。上述の状態でプレス機構（図示省略）により金型保持部１１を図７の方向Ｐに移動させると、図７のように金型１２が中心線ａから半径方向に距離Ｒだけずれた金型面１２ｂの位置で被成形材１６の被成形面１６ａの隅に当接し、プレス力Ｆｚで被成形面１６ａを上記ずれた位置で押し付ける。すると、ずれた位置側の変形機構２０のコイルばね２０ｂが弾性変形を始め、被成形材保持部１７は回転軸受け７２を中心に矢印Ｇ方向に回転を始める。

そして、金型保持部１１を方向Ｐに更に移動させて押し付けると、プレス力Ｆｚにより被成形材１６の被成形面１６ａの中心線ｂが金型１２の中心線ａと一致するようにコイルばね２０ｂが弾性変形し、被成形材保持部１７は回転軸受け７２を中心に回転する。また、軸７１はコイルばね２０ｂの弾性変形に応じて紙面下方に移動する。このようにして、被成形材１６の被成形面１６ａが金型１２の金型面１２ｂに対しほぼ平行となって、金型面１２ｂが被成形面１６ａの全面に当接し均一に密着するようになる。このとき、プレス力Ｆｚは金型１２の中心線ａと同じ方向で被成形面１６ａに作用する。

このように、被成形材１６と金型１２とに変形機構２０を介してプレス力を加えると、各面１６ａ、１２ｂが平行になるように変形機構２０が弾性変形するので、各面１６ａ、１２ｂの平行度が低下している場合でも自動的に平行度を改善できる。さらに本実施形態では、被成形材保持部１７は回転軸受け７２を中心に回転するので、プレス力を加えても最初に当接した金型面１２ｂと被成形材１６の被成形面１６ａとの位置関係がずれることがない。このことにより、金型１２の凹凸微細構造部１２ａに被成形材１６の樹脂を充分に充填し、凹凸微細構造部１２ａを被成形材１６にさらに精度よく転写できる。

なお、本実施形態では変形機構２０にコイルばね２０ｂを用いた例を説明したが、本実施形態の適用はコイルばね２０ｂに限定されるものではなく、変形機構２０にＯリング、板バネ、油圧機構などを用いても良い。

次に、変形機構２０に油圧機構を用いた第４実施形態のインプリント装置１０について説明する。図８は第４実施形態のインプリント装置１０の断面図である。被成形材保持部１７は回動自在な回転軸受け６５ａ、６５ｂにより支持されている。なお、コイルばね２０ｂの場合と同様に回転軸受け６５は各方向に均等に変形するように、被成形材保持部１７の円周を少なくとも３等分した位置に配置する必要がある。本実施形態では図６（ａ）のように被成形材保持部１７の円周を４等分した位置に配置されているものとして、そのうち２つの回転軸受け６５ａ、６５ｂと連動する変形機構２０について説明する。

回転軸受け６５ａ、６５ｂは軸６６ａ、６６ｂに取り付けられており、軸６６ａ、６６ｂの他端には回転軸受け６７ａ、６７ｂが取り付けられている。回転軸受け６７ａ、６７ｂはシリンダ６１ａ、６１ｂに回動自在に支持されている。シリンダ６１ａ、６１ｂはシリンダ筒６８ａ、６８ｂを紙面上下方向に摺動可能に配置されている。各シリンダ筒６１は下部がパイプ６９で連結されており、各シリンダ筒６８の下部とパイプ６９には流体６０が充填されている。流体６０には例えば油を用いるが、油に限定されるものではなく、水、空気などを用いても良い。

次に、本発明における第４実施形態のインプリント装置１０の動作を説明する。図１と同様に、図８では金型１２の中心線ａが被成形材１６の被成形面１６ａの中心線ｂに対し傾斜角θで傾斜した状態を示している。

上述の状態でプレス機構（図示省略）により金型保持部１１を図８の方向Ｐに移動させると、金型面１２ｂと被成形面１６ａとは非平行で傾いてミスアライメントが生じているので、まず図８のように金型１２が中心線ａから半径方向に距離Ｒだけずれた金型面１２ｂの位置で被成形材１６の被成形面１６ａの隅に当接する。すると、プレス力Ｆｚで被成形面１６ａを上記ずれた位置で押し付けるので、そのずれた位置側の変形機構２０の軸６６ａが押し下げられる。軸６６ａと連動するシリンダ６１ａはシリンダ筒６８ａの紙面下側に移動する。シリンダ筒６８ａの圧力によってそれまでシリンダ筒６８ａに充填されていた流体６０は、シリンダ６１ｂなど他のシリンダ６１を押し上げる。

そして、金型保持部１１を方向Ｐに更に移動させて押し付けると、プレス力Ｆｚにより被成形材１６の被成形面１６ａの中心線ｂが金型１２の中心線ａと一致するようにシリンダ６１ａ、６１ｂが移動する。このようにして、被成形面１６ａと金型面１２ｂとの傾斜が吸収された状態となり、被成形材１６の被成形面１６ａが金型１２の金型面１２ｂに対しほぼ平行となって、金型面１２ｂが被成形面１６ａの全面に当接し均一に密着するようになる。このとき、プレス力Ｆｚは金型１２の中心線ａと同じ方向で被成形面１６ａに作用する。

このように変形機構２０に油圧機構を用いると、プレス力を加えたとき各面１６ａ、１２ｂが平行になるように変形機構２０のシリンダ６１が速やかに移動するので、被成形材１６と金型１２の間に均一にプレス力を加えることができる。

次に、金型保持部１１を支持する支持台９０と金型保持部１１との間に変形機構２０を配置した第５実施形態のインプリント装置１０について説明する。図９は第５実施形態のインプリント装置１０の断面図である。

図９に示すように、本実施形態によるインプリント装置１０は、金型１２をボルト９４とで保持する金型保持部１１と、金型保持部１１をボルト９４で支持する支持台９０を備えている。支持台９０と金型保持部１１との間には変形機構２０としてゴム製のＯリング２０ａが介在している。なお、本実施形態では変形機構２０としてＯリング２０ａを用いた例を説明するが、これまでに説明した実施形態と同様に変形機構２０にコイルばね、板バネ、油圧機構などを用いても良い。

インプリント装置１０は、金型保持部１１に対し上方から下方に方向Ｐのようにプレス力を加えるプレス機構９２を備え、プレス機構９２により方向Ｐに支持台９０をプレスし、支持台９０に固定されている金型保持部１１を被成形材保持部１７に対しプレスする。このようにして金型１２を被成形材１６に押し付け、金型１２の凹凸微細構造部１２ａの形状を被成形材１６の被成形面に転写する。

金型保持部１１及び被成形材保持部１７は例えば鉄鋼やステンレス鋼の金属材料等から構成されており、比較的剛性が大きい。このため、ゴム製のＯリング２０ａからなる変形機構２０は、図１（ｂ）で説明した第１実施形態と同様に、プレス力が方向Ｐに加わったとき、シリコン等からなる金型１２を保持した金型保持部１１及び樹脂等の被成形材１６を保持した被成形材保持部１７を含む装置全体よりも大きく変形する。

次に、本発明における第５実施形態のインプリント装置１０の動作を説明する。

ここでは、金型１２の金型面１２ｂが被成形材１６の被成形面１６ａに対し平行ではなく傾斜しているものとする。

上述の状態でプレス機構９２により金型保持部１１を図１（ｂ）の方向Ｐに移動させると、金型１２の一端が被成形材１６の隅に当接し、当接した位置側の変形機構２０のＯリング２０ａが弾性変形を始める。

そして、金型保持部１１を方向Ｐに更に移動させて押し付けると、上記ずれた位置側でＯリング２０ａが押し潰されるようにして弾性変形することで、被成形面１６ａと金型面１２ｂとの傾斜が吸収された状態となる。このようにして、金型面１２ｂが被成形面１６ａの全面に当接し均一に密着する。

本実施形態では、変形機構２０が金型保持部１１側に設けられているので、金型保持部１１が傾斜を変える点が今まで説明した実施形態と異なっているが、他の実施形態と同様に金型面１２ｂと被成形面１６ａの平行度を自動的に改善する効果が得られる。また、本実施形態では変形機構２０を金型保持部１１側だけに設けているが、さらに被成形材保持部１７と支持台１８の間に変形機構２０を設けても良い。

Claims (9)

1. 被成形材を保持する被成形材保持部と、
   微細構造を有する金型を保持する金型保持部と、を備え、
   前記微細構造を前記被成形材に転写するために前記被成形材と前記金型とを相対的に接近させてプレスする際に、そのプレス方向の力で変形する変形機構を介してプレス力を加えるように構成したことを特徴とするインプリント装置。
2. 前記変形機構は、前記プレス力が加わったときに、前記被成形材保持部及び前記金型保持部を含む装置全体よりも大きく変形することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のインプリント装置。
3. 前記被成形材保持部を支持する支持台と前記被成形材保持部との間に前記変形機構を配置したことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のインプリント装置。
4. 前記金型保持部を支持する支持台と前記金型保持部との間に、前記変形機構を配置したことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載のインプリント装置。
5. 前記変形機構は弾性部材を備えることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載のインプリント装置。
6. 微細構造を有する金型と被成形材とを相対的に接近させてプレスする際に、そのプレス方向に変形し易い変形機構を介してプレス力を加えることで前記微細構造を前記被成形材に転写することを特徴とするインプリント方法。
7. 前記被成形材の面と前記金型の面とが互いに非平行であるとき、前記プレス力を加えて前記変形機構を変形させることで前記面を互いに平行にすることを特徴とする請求の範囲第６項に記載のインプリント方法。
8. 前記被成形材が硬質基材とその硬質基材上に形成した樹脂膜とからなることを特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載のインプリント方法。
9. 前記被成形材がシート材からなることを特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載のインプリント方法。