JPWO2015186736A1 - ローラ式加圧装置、インプリント装置およびローラ式加圧方法 - Google Patents

Abstract

メインローラに生じる弾性変形のむらを抑制することができ、対象物を均一に加圧することができるローラ式加圧装置、インプリント装置及びローラ式加圧方法を提供する。型１と被成形物２のような対象物を加圧するためのものであって、少なくとも表面が弾性部材37aで形成され、対象物を加圧するメインローラ37と、メインローラ37を対象物に対して相対的に移動するためのローラ移動手段と、メインローラ37が対象物に加える圧力を調節する調圧部と、メインローラ37の圧力を、対象物を間に挟んで受ける受圧ステージ322と、少なくとも表面が弾性部材37aより弾性率の大きい部材で形成され、メインローラ37を支持する中間ローラ38と、メインローラ37及び中間ローラ38より軸方向の長さが短く形成され、中間ローラ38を支持するバックアップローラ39と、で構成される。

Description

本発明は、対象物をローラによって加圧するためのローラ式加圧装置、ローラ式加圧装置を利用したインプリント装置およびローラ式加圧方法に関する。

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、型と被成形物をローラで加圧してパターンを転写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）。

国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６ 国際公開番号ＷＯ２０１３／１９１２０６

ここで、特許文献２に記載の装置では、ローラを両端のみで支持しているが、このような構成の場合、ローラが長くなると、両端の加圧力に比べ中央付近の加圧力が低くなるという問題がある。そこで、当該ローラ（以下、メインローラという。）をバックアップローラで支持する方法が考えられる。しかしながら、対象物に加える加圧力を均一にするために、メインローラの少なくとも表面には弾性部材を配置する場合、バックアップローラによって支持すると、支持された弾性部材に弾性変形のむらが生じる。そして、この弾性変形のむらが復元する前にメインローラが対象物を加圧すると、当該むらに基づき加圧が不均一になるという問題があった。

そこで本発明では、メインローラに生じる弾性変形のむらを抑制することができ、対象物を均一に加圧することができるローラ式加圧装置、インプリント装置及びローラ式加圧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、本発明のローラ式加圧装置は、対象物を加圧するためのものであって、少なくとも表面が弾性部材で形成され、前記対象物を加圧するメインローラと、前記メインローラを前記対象物に対して相対的に移動するためのローラ移動手段と、前記メインローラが前記対象物に加える圧力を調節する調圧部と、前記メインローラの圧力を、前記対象物を間に挟んで受ける受圧ステージと、少なくとも表面が前記弾性部材より弾性率の大きい部材で形成され、前記メインローラを支持する中間ローラと、前記メインローラ及び前記中間ローラより軸方向の長さが短く形成され、前記中間ローラを支持するバックアップローラと、を具備することを特徴とする。

この場合、前記メインローラは、前記バックアップローラ及び前記中間ローラを介して調圧プレートに配置され、前記調圧部は、前記調圧プレートを介して前記メインローラに加わる圧力を調節する調圧手段を有するようにしても良い。更に、当該調圧部は、前記調圧プレートの両面にかかる流体の差圧によって生じる力が前記メインローラに加わるように当該調圧プレートを保持する調圧プレート保持部と、前記調圧プレートの両面にかかる流体の差圧を調節する調圧手段と、を有するようにしても良い。また、前記ローラ移動手段は、前記調圧プレートに配置されるようにしても良い。また、前記中間ローラは、前記メインローラの円周面上に複数配置されるようにしても良い。また、前記バックアップローラは、前記中間ローラの円周面上に複数配置されるようにしても良い。この際、当該バックアップローラは、メインローラの中心軸と中間ローラの中心軸を結ぶ面に対し、その両側に均等角度で複数配置されるようにしても良い。また、前記中間ローラは金属またはセラミックスからなるようにしても良い。

また、本発明のインプリント装置は、上述したローラ式加圧装置を備えることを特徴とする。

また、本発明のローラ式加圧方法は、対象物を少なくとも表面が弾性部材で形成されたメインローラによって加圧するためのものであって、前記対象物を受圧ステージ上に配置する配置工程と、前記メインローラが前記対象物に加える圧力を調節する圧力調節工程と、前記メインローラを前記対象物に対して相対的に移動し、前記対象物を当該メインローラで加圧する加圧工程と、を有し、前記加圧工程は、少なくとも表面が前記弾性部材より弾性率の大きい部材で形成される中間ローラで前記メインローラを支持すると共に、前記メインローラ及び前記中間ローラより軸方向の長さが短く形成されるバックアップローラで前記中間ローラを支持することを特徴とする。

この場合、前記圧力調節工程は、前記バックアップローラ及び前記中間ローラを介して前記メインローラを支持する調圧プレートの両面にかかる流体の差圧を利用して、前記メインローラが前記対象物に加える圧力を調節するようにしても良い。また、前記中間ローラは、前記メインローラの移動方向前方および後方で当該メインローラを支持するようにしても良い。また、前記バックアップローラは、前記中間ローラの移動方向前方および後方で当該中間ローラを支持するようにしても良い。また、前記中間ローラは金属またはセラミックスからなるようにしても良い。

本発明のローラ式加圧装置、インプリント装置、ローラ式加圧方法は、メインローラとバックアップローラの間に、少なくとも表面がメインローラの弾性部材より弾性率の大きい部材で形成される中間ローラを配置するので、メインローラに生じる弾性変形のむらを抑制することができ、対象物を均一に加圧することができる。

本発明のインプリント装置を示す側面断面図である。 本発明のインプリント装置を示す側面断面図である。 本発明のインプリント装置を示す側面断面図である。 本発明のインプリント装置を示す側面断面図である。 本発明のインプリント装置を示す側面断面図である。 本発明のインプリント装置の筐体を示す平面図である。 本発明のインプリント装置を示す正面端面図である。

本発明のローラ式加圧装置は、対象物を加圧するためのものであって、例えば図１に示すように、少なくとも表面が弾性部材37aで形成され、対象物を加圧するメインローラ37と、メインローラ37を対象物に対して相対的に移動するためのローラ移動手段と、メインローラ37が対象物に加える圧力を調節する調圧部と、メインローラ37の圧力を、対象物を間に挟んで受ける受圧ステージ322と、少なくとも表面が弾性部材37aより弾性率の大きい部材で形成され、メインローラ37を支持する中間ローラ38と、メインローラ37及び中間ローラ38より軸方向の長さが短く形成され、中間ローラ38を支持するバックアップローラ39と、で主に構成される。

なお、本明細書中で、対象物とは、メインローラ37によって加圧されるものを指すが、単一のものである必要はなく、複数のものであっても構わない。例えば、本発明のローラ式加圧装置をインプリント装置に組み込む場合には、対象物は、型１と被成形物２の両方を指す。また、対象物を加圧する目的は、対象物の変形を目的とするものに限られるものではない。例えば、型１と被成形物２の間に存在する空気を抜くことを目的とするものであっても良い。以下の説明及び図１〜７では、本発明のローラ式加圧装置をインプリント装置に組み込んだものとし、対象物をインプリントに用いる型１および被成形物２として説明する。

型１とは、例えばニッケル等の金属、セラミックス、ガラス状カーボン等の炭素素材、シリコンなどから形成されており、その一端面（成形面）に所定の成形パターンを有するものを指す。この成形パターンは、その成形面に精密機械加工を施すことで形成することができる。また、シリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって形成したり、このシリコン基板等の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して形成したりすることもできる。また、インプリント技術を用いて作製した樹脂製の型を用いることも可能である。この場合、型は、被成形物２の被成形面に対して可撓性のあるフィルム状に形成しても良い。もちろん型１は、成形パターンを転写できるものであれば材料やその製造方法が特に限定されるものではない。

また、型１に形成される成形パターンは、凹凸からなる幾何学的な形状のみならず、例えば所定の表面粗さを有する鏡面状態の転写のように所定の表面状態を転写するためのものも含む。また、成形パターンは、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、被成形物２とは、樹脂、無機化合物又は金属等からなる基板やフィルム上に流動性のある被成形層を形成したものを意味するが、単に基板状のものや可撓性のあるフィルム状のものであっても構わない。また、型１の上に流動性のある被成形層を形成しておき、基板と型を加圧する際に基板側に被成形層を接合するものであっても良い。被成形物２の材質は、例えば、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を指す。

光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類等を用いることができる。この場合、熱的に重合するために重合反応性基含有化合物類を単独で使用することも可能であるし、熱硬化性を向上させるために熱反応性の開始剤を添加して使用することも可能である。更に光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて成型パターンを形成できるものでもよい。熱反応性のラジカル開始剤としては有機過酸化物、アゾ化合物が好適に使用でき、光反応性のラジカル開始剤としてはアセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾインエーテル誘導体、キサントン誘導体等が好適に使用できる。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。

また、熱可塑性樹脂としては、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等を用いることができる。

また、図１においては、受圧ステージ322側に被成形物２、メインローラ37側に型１が配置されているが、受圧ステージ322側に型１、メインローラ37側に被成形物２を配置しても構わない。また、型１と被成形物２のうち、メインローラ37側に配置されるものは、可撓性のあるフィルム状に形成される方が好ましい。

メインローラ37は、例えば円柱状に形成され、受圧ステージ322と共に対象物である型１および被成形物２を挟持して加圧するためのものである。また、メインローラ37の軸の両端は、回転可能な状態でローラ移動手段に接続されている。これにより、メインローラ37をローラ移動手段によって移動すると回転しながら型１と被成形物２を加圧することができる。メインローラ37の材質は成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましい。また、メインローラ37の少なくとも表面は、対象物である型１や被成形物２に対し、均一な圧力を確実に加えることができるように、適切な範囲で弾性変形が可能な弾性部材37aで形成される。弾性部材37aとしては、例えば、ウレタン樹脂等を用いることができる。この場合、弾性部材37aの厚みは適宜設定すれば良いが、ウレタン樹脂であれば、例えば５〜１０ｍｍ程度にすれば良い。

また、転写面積を大きくするには、メインローラ37を軸方向に長くする必要がある。しかしながら、メインローラ37を両端の軸のみで支持する場合、メインローラ37が長くなると、支持されるメインローラ37の両端では圧力が大きく、中心に行くほど圧力が小さくなる。そこで、本発明の加圧装置又はインプリント装置では、メインローラ37の軸方向の圧力を均一にするためにバックアップローラ39を備える。ただし、メインローラ37の少なくとも表面は、上述したように弾性部材37aで形成されるため、メインローラ37をバックアップローラ39で支持すると、メインローラ37の表面に弾性変形が生じる。バックアップローラ39はメインローラ37よりも軸方向の長さが短いため、バックアップローラ39でメインローラ37を直接支持すると、バックアップローラ39が当接する部分とそうでない部分とで、メインローラ37の表面に弾性変形のむらが生じる。そのため、この弾性変形が復元する前にメインローラ37で対象物を加圧すると、当該弾性変形のむらに起因する加圧むらが生じることになる。そこで本発明では、メインローラ37とバックアップローラ39との間にメインローラ37の表面に配置された弾性部材より弾性率（ヤング率）の大きい部材で形成された中間ローラ38を配置する。これにより、少なくともメインローラ37をバックアップローラ39で直接支持した場合よりも、弾性部材37aの変形量を小さくすることができ、加圧むらを抑えることができる。中間ローラ38は、メインローラ37の表面に配置された弾性部材より弾性率の大きい部材であれば加圧むらを抑えることができるが、好ましくは、ほとんど弾性変形が生じない鉄等の金属やその他の無機化合物を用いるのが良い。当該中間ローラ38は、少なくとも対象物に加圧むらを生じさせたくない長さより長く形成すれば良く、例えばメインローラ37より長く形成することができる。

具体的には図１、図７に示すように、中間ローラ38は、バックアップローラ39よりも軸方向の長さが長い円柱状に形成され、その円周面上でメインローラ37とバックアップローラ39からの力を支持できるように配置される。また、中間ローラ38の軸の両端は、回転可能な状態でローラ移動手段に接続されている。これにより、中間ローラ38は、その両端を軸にメインローラ37の回転に併せて自らも回転しながらメインローラ37と共に移動し、バックアップローラ39から受けた力をメインローラ37に与えることができる。

また、中間ローラ38は、図１に示すように、メインローラ37の円周面上に当接して複数配置される方が好ましい。例えば、中間ローラ38を、メインローラ37とバックアップローラ39の間であって、メインローラ37の移動方向前方および後方にメインローラ37の中心軸から均等角度で一つずつ配置する。このように構成することにより、メインローラ37の回転軸が移動方向の前後にぶれるのを防止して、メインローラ37の移動や加圧力を安定させることができる。もちろん、中間ローラ38の数は２つに限定されるものではなく、３つ以上でも構わない。

バックアップローラ39は、メインローラ37の軸方向の圧力を均一にするために、中間ローラ38がメインローラ37から受けた力を支持できる側であって、中間ローラ38の円周面に当接するように配置されるものである。具体的には図１、図７に示すように、バックアップローラ39は、メインローラ37及び中間ローラ38よりも軸方向の長さが短い円柱状に形成され、その軸の両端で調圧部（調圧プレート332）からの力を支持し、円周面上で中間ローラ38からの力を支持できるように配置される。また、バックアップローラ39の軸の両端は、回転可能な状態でローラ移動手段に接続されている。これにより、バックアップローラ39は、その両端を軸に中間ローラ38の回転に併せて自らも回転しながら中間ローラ38およびメインローラ37と共に移動し、調圧部（調圧プレート332）から受けた力を中間ローラ38に与えることができる。

また、バックアップローラ39は、図１に示すように、中間ローラ38の円周面上に当接して複数配置される方が好ましい。例えば、バックアップローラ39を、メインローラ37の中心軸と中間ローラ38の中心軸を結ぶ面の両側に均等角度で一つずつ配置する。このように構成することにより、中間ローラ38の回転軸がぶれるのを防止して、中間ローラ38の移動や加圧力を安定させることができる。もちろん、バックアップローラ39の数は２つに限定されるものではなく、３つ以上でも構わない。

調圧部は、メインローラ37が対象物に加える圧力を調節するためのものである。調圧部としては、例えば、メインローラ37をバックアップローラ39及び中間ローラ38を介して調圧プレート332に配置し、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧によって生じる力がメインローラ37に加わるように当該調圧プレート332を保持する調圧プレート保持部と、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧を調節する調圧手段と、で構成することができる。

調圧プレート332は、メインローラ37、中間ローラ38、バックアップローラ39等が配置され、その両面にかかる流体の差圧によって生じる力をメインローラ37に加えるものである。調圧プレート332の材質は、成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。

調圧プレート保持部は、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧によって生じる力がメインローラ37を介して対象物に加わるように調圧プレート332を保持するものである。例えば、図１に示す通り、調圧プレート332と第１枠体331及び第２枠体321とで構成する。第１枠体331は、後述する受圧ステージ322の凸部322aを内包できる大きさの穴を有する方形筒状に形成される。また、調圧プレート332と第１枠体331を固定することにより、開口部を有する有底筒状の筐体33を構成する。そして、当該筐体33の開口部を第２枠体321および受圧ステージ322によって閉じることにより、密閉された空間である調圧室30を構成する。また、第２枠体321は、受圧ステージ322の凸部322aと略同形で当該凸部を嵌挿可能な穴を有し、第１枠体331と当接可能な筒状に形成される。当該第２枠体321は、エアシリンダ等により一定の流体圧で支持されており、受圧ステージ322の凸部側面に対して外力により上下移動可能に形成される。第２枠体321をこのように構成することにより、調圧プレート332を含む筐体33は、第２枠体321と当接しても受圧ステージ322に対し自由に移動可能であるため、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧によって生じる力をメインローラ37に加えることができる。また、メインローラの真円度や装置の歪み等によってメインローラ37の位置が変化しても、それに応じて調圧プレート332が自由に移動できるので、メインローラ37が加える圧力を一定にすることができる。なお、第１枠体331及び第２枠体321の材質は、成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。また、図示しないが、メインローラ37が移動しても調圧プレート332を安定的に保持するために、調圧プレート332が受圧ステージ322と平行となるように支持するためのガイドを更に設けても良い。

また、調圧室30を確実に密閉するために、第１枠体331と調圧プレート332の間や、第１枠体331と第２枠体321の間、第２枠体321と受圧ステージ322の間を密接させるための調圧室用密閉手段34を更に具備しても良い。例えば、調圧室用密閉手段34としてＯリングを用意し、図１に示すように、調圧プレート332の第１枠体331と接する部分や第２枠体321の第１枠体331と接する部分、受圧ステージ322の第２枠体321と接する部分に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。

また、図示しないが、筐体33と第２枠体321を近接又離間する筐体移動手段を有する方が好ましい。例えば第１枠体331を油圧式又は空圧式のシリンダによって移動するものや、電気モータとボールねじによって移動するもの等を適用することができる。

なお、調圧プレート保持部は、上述したものに限られるものではなく、例えば、調圧プレート332のメインローラ37がない側に調圧室を設けてもよい。この場合、調圧手段45を用いて調圧室を加圧することで、調圧プレート332の両面に差圧を生じさせることができる。

調圧手段45は、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧を調節するものである。調圧手段45としては、調圧プレート332の一方の面の流体圧を減圧する減圧手段、あるいは加圧する加圧手段を用いれば良い。なお、流体としては気体や液体が該当するが、調圧プレート332の一方の面を気体、他方の面を液体とすることも可能である。

調圧手段45として減圧手段を用いる場合には、メインローラ37によって型１と被成形物２を加圧するために、調圧プレート332の両面にかかる流体圧のうち、調圧室30側の圧力が相対的に小さくなるように調節すれば良い。これにより、調圧プレート332が受けた差圧によって生じる力をメインローラ37に加えることができ、メインローラ37の加圧力を所定の圧力に調節することができる。なお、この場合、調圧室30の外側は気体でも液体でも良い。

減圧手段は、例えば、図１に示すように、調圧室30に接続される流路451と、流路451を介して調圧室30内の気体を排気する減圧用ポンプ452と、流路451を開閉する開閉弁453とで構成すれば良い。また、調圧室30を大気圧に戻すために開閉弁454を有する開閉流路455が設けられる。なお、当該減圧手段は、調圧室30内を減圧して型１と被成形物２の間に存在する気体を除去することにも利用できる。この場合には、型１と被成形物２との間を離間させる離間手段を設ける方が好ましい。離間手段としては、例えば、型１の端部を保持する枠体11を複数箇所で支持して昇降可能な押し上げピン323を用いることができる。当該押し上げピン323は、受圧ステージ322に形成された複数の穴に配置され、エアシリンダ等によって昇降可能に形成される。穴は、枠体11に形成された凹部に押し上げピン323が係合できる位置に配置される。

また、型１と被成形物２の間の気体を除去した後、型１と被成形物２を重ね、開閉弁454により開閉流路455を開放して調圧室30を大気圧に戻すことにより、型１と被成形物２を密着させることもできる。

また、調圧手段45として加圧手段を用いる場合には、図示しないが、調圧プレート332のうちメインローラ37がない側に調圧室を設け、調圧プレート332の両面にかかる流体圧のうち、調圧室側の圧力が相対的に大きくなるように調節すれば良い。加圧手段としては、例えば、調圧室に圧縮空気等の気体を供給する加圧ボンベ等を用いれば良い。また、別の構成としては、調圧室内の流体として水や油等の液体を使用し、調圧プレート332を当該液体で加圧するものでも良い。この場合には、加圧手段として、調圧室内の液圧を調節するポンプやシリンダ等を用いることができる。

なお、調圧プレート332の両面にかかる圧力をそれぞれ検出する圧力センサーを設け、当該圧力センサーの検出情報に基づいて調圧プレート332の両面にかかる圧力差を調節するようにしても良い。

また、調圧部としては、流体圧を利用するものに限られるものではなく、メインローラ37に加える力を重りで調節するものを用いることも可能である。例えば、上述した調圧プレート332の上部に任意の重りを乗せてメインローラ37の加圧力を調節するようにすれば良い。また、重りを用いずに、メインローラ37や中間ローラ38、バックアップローラ39の自重のみで加圧する構成であっても構わない。

ローラ移動手段は、メインローラ37を対象物である型１及び被成形物２に対して相対的に移動し、型１の成型面全体を被成形物２に加圧するためのものである。ローラ移動手段としてはメインローラ37を移動できればどのようなものでも良いが、例えば、図６に示すように、調圧プレート332に設けられたガイドレール381上を移動可能な移動プレート382と、回転運動を移動プレート382の直線運動に変換するねじ383と、当該ねじ383を回転させる電動モータ384とで構成すれば良い。そして、上述したメインローラ37や中間ローラ38、バックアップローラ39を各回転軸の両端で移動プレートに固定すれば良い。この場合、加圧時には、メインローラ37に加わる力は総て中間ローラ38で支持する構成とする方が好ましく、また、中間ローラ38に加わる力は総てバックアップローラ39で支持する構成とする方が好ましい。また、加圧時以外には、メインローラ37と中間ローラ38が強く接しない構成とすれば、ローラ同士の接触によるメインローラ37の凹みを抑制することができる。したがって、加圧時には、メインローラ37や中間ローラ38の両端の軸には荷重が掛からないようにし、加圧時以外は、ローラ同士が強く押し当たらないようにするために、各軸受け部は、水平移動や垂直移動をすることを許容するような遊びをもった構造とする方が好ましい。これにより、加圧時のみローラ同士がかみ合う構成とすることができる。例えば、メインローラ37や中間ローラ38の両端の軸をその軸の直径よりわずかに大きい穴を有する軸受け部で保持するように構成することができる。また、ガイドレール381は、図６に示すように、バックアップローラ39の両端の位置に合わせてそれぞれ配置する方が好ましい。このように構成すれば、バックアップローラ39の両端の軸に加わる力をガイドレール381で適切に支持することができる。なお、ローラ移動手段は、電動モータの代わりにねじ383をハンドルで回転させる手動式のものでも構わない。

受圧ステージ322は、対象物である型１及び被成形物２を間に挟んで、メインローラ37の圧力を受けるためのものである。受圧ステージ322において、型１又は被成形物２と接触する面である受圧面は、十分に広くて円滑に形成される。この受圧面は、支持する型１や被成形物２の形状に合わせて、平面状や曲面状等の適切な形状にすれば良い。また、受圧ステージ322は、調圧プレート保持部と共に調圧室30を構成するように形成しても良い。例えば、受圧ステージ322を第２枠体321の穴に嵌挿可能な凸部322aと、凸部322aの下方から水平に延出し、第２枠体の下端部を、エアシリンダ等を介して支持するためのフランジ部322bとで構成される断面凸状に形成できる。また、受圧ステージの形状をローラ状とすることも可能である。この場合には、例えば、筐体33と共に密閉容器を形成する第２の筐体を設け、筐体33と第２の筐体とで形成された密閉空間である調圧室を構成する。そして、この調圧室内において、対象物をメインローラ37とローラ状の受圧ステージとで挟持し、対象物をメインローラ３７及び受圧ステージに対して相対的に移動可能に構成すれば良い。受圧ステージ322の材質は、成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。また、型１又は被成形物２を受圧ステージ322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、型１又は被成形物２を調圧室30側から加熱する場合には、受圧ステージ322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、受圧面に熱伝導性の高いものを配置する方が好ましい。また、光インプリントプロセスにおいて、光源を受圧ステージ322側に配置する場合には、ガラス等の透明な材料を用いれば良い。また、被成形物２に不要な転写跡が生じるのを防止するために、型１と受圧ステージ322を一体に形成しても良い。例えば従来は、パターンを電気鋳造によって形成した後、パターンの部分のみを切り出して用いているが、これを切り出さずにそのまま用いることができる。

また、上記説明では、調圧プレート332を含む筐体33は、第２枠体321と当接しても受圧ステージ322に対し自由に上下移動可能である旨を説明したが、調圧プレート332を受圧ステージ322に対して一定距離だけ離して固定するための固定手段を更に有しても良い。これにより、調圧室30内を減圧して型１と被成形物２の間に存在する気体を除去する際に、調圧プレート332に配置されるメインローラ37の下端部の位置を対象物である型１又は被成形物２に過度な力が加わらない位置、好ましくは接触しない位置に離間させることができる。固定手段としては、例えば、第２枠体321の下面と受圧ステージ322のフランジ部322b上面の間にスライド移動可能なコッター333を用いることができる。当該コッター333は、例えば直方体状に形成され、方形状である第２枠体321の４辺に適当な間隔で配置すれば良い。

また、図示しないが、被成形物２を加熱又は冷却することにより被成形物２の温度を調節する温調手段を更に具備しても良い。これにより、被成形物２の被成形層の流動性等を調節することができる。また、本発明のインプリント装置を熱インプリントに用いる場合には、被成形物２をガラス転移温度以上に加熱し、メインローラ37を転がしてならしながら加圧することができる。温調手段としては、被成形層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を用いることができる。

加熱手段は、被成形物２を所定温度、例えば被成形層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、被成形物２を受圧ステージ322側から加熱するものでも、調圧室30側から加熱するものでも良い。例えば、メインローラ37や受圧ステージ322内にヒータを設けて受圧ステージ322側から被成形物２を加熱するものを用いることができる。また、調圧室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の放射によって加熱する放射熱源を設け、被成形物２を加熱するものを用いることもできる。また、加熱した液体や気体を用いて加熱することも可能である。

冷却手段も、被成形物２を所定温度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、被成形物２を受圧ステージ322側から冷却するものでも、調圧室30側から冷却するものでも良い。例えば、受圧ステージ322内に冷却用の水路を設けて受圧ステージ322側から被成形物２を冷却するものを用いることができる。

また、本発明のインプリント装置を光インプリントプロセスに用いる場合には、被成形物２に所定波長の電磁波を放射できる光源を調圧室30内又は受圧ステージ322内に配置すれば良い。また、図示しないが、被成形物側に開口を有する筐体をメインローラ37の進行方向後部側に移動可能に配置し、当該筐体内に光源を配置するようにしても良い。
このように構成すれば、光源の数や出力を小さくすることができる。

なお、本発明のローラ式加圧装置を、型１の成型パターンを被成形物２に転写するインプリント装置に利用した場合について説明したが、本発明のローラ式加圧装置は、これに限られるものではない。例えば、型の全面を流体圧で加圧する流体加圧式のインプリント装置において、予め型１と被成形物２の間に存在する気泡をメインローラ37で押し出して取り除くためだけに本発明のローラ式加圧装置を利用することもできる。
次に、本発明のローラ式加圧方法を説明する。本発明のローラ式加圧方法は、対象物を少なくとも表面が弾性部材37aで形成されたメインローラ37によって加圧するためのものであって、対象物を受圧ステージ322上に配置する配置工程と、メインローラ37が対象物に加える圧力を調節する圧力調節工程と、メインローラ37を対象物に対して相対的に移動し、対象物を当該メインローラ37で加圧する加圧工程と、で主に構成される。そして、この加圧工程は、少なくとも表面が弾性部材37aより弾性率の大きい部材で形成される中間ローラ38でメインローラ37を支持すると共に、メインローラ37及び中間ローラ38より軸方向の長さが短く形成されるバックアップローラ39で中間ローラ38を支持することを特徴とする。

以下に、本発明のローラ式加圧方法をインプリント方法に適用した場合について、本発明のインプリント装置の動作と併せて説明する。当該インプリント方法は、型１の成形パターンを被成形物２に転写するためのものであって、型１と被成形物２を重ねて受圧ステージ332上に配置する配置工程と、メインローラ37が型１及び被成形物２に加える圧力を調節する圧力調節工程と、メインローラ37を型１及び被成形物２に対して相対的に移動し、型１及び被成形物２を当該メインローラ37で加圧する加圧工程と、で主に構成される。そして、この加圧工程は、少なくとも表面が弾性部材37aより弾性率の大きい部材で形成される中間ローラ38でメインローラ37を支持すると共に、メインローラ37及び中間ローラ38より軸方向の長さが短く形成されるバックアップローラ39で中間ローラ38を支持する。

なお、配置工程の前に、型１と被成形物２の間に存在する気体を除去するために、型１と被成形物２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、減圧工程と加圧工程の間に、型１と被成形物２を流体圧によって均一に加圧して密着させる密着工程を有していても良い。

減圧工程では、まず、第１枠体331と第２枠体321を当接させた状態で第２枠体321を上昇させる。次にコッター333を第２枠体321と受圧ステージ322のフランジ部322bの間にスライドさせて第２枠体321を固定する。その後、図２に示すように、型１の端部を保持している枠体11を複数の押し上げピン323で支持しながら押し上げ、型１と被成形物２との間を離間させる。最後に、減圧手段によって調圧室30を減圧し、型１と被成形物２との間に存在する気体を除去する。

配置工程では、図３に示すように、押し上げピン323を下降させて受圧ステージ322上に型１及び被成形物２を重ねて配置する。

密着工程では、開閉弁454によって開閉流路455を開放し、調圧室30を大気圧に戻す。これにより、型１と被成形物２に圧力を加えて密着させる。なお、加圧手段を有する場合には、大気圧以上に加圧して型１と被成形物２を密着させても良い。

圧力調節工程では、まず、コッター333を第２枠体321と受圧ステージ322のフランジ部322bの間からスライドさせて外し、第２枠体321の固定を解除する。次に、図４に示すように、第１枠体331と第２枠体321を当接させたまま、メインローラ37が型１と被成形物２を加圧できる位置になるまで第２枠体321を下降させる。次に、減圧手段によって調圧室30を減圧する。すると、大気圧によって調圧プレート332が受圧ステージ322側に押され、差圧によって生じる力がメインローラ37に加わる。これにより、型１と被成形物２をメインローラ37によって一定の力で加圧することができる。

加圧工程では、図５に示すように、メインローラ37をローラ移動手段によって移動し、型１と被成形物２を全面に亘って一定の圧力で加圧する。この際、少なくとも表面が弾性部材37aより弾性率の大きい部材で形成される中間ローラ38でメインローラ37を支持すると共に、メインローラ37及び中間ローラ38より軸方向の長さが短く形成されるバックアップローラ39で中間ローラ38を支持する。これにより、メインローラに生じる弾性変形のむらを防止又は抑制することができ、対象物を均一に加圧することができる。なお、インプリント装置が加圧手段を有する場合には、メインローラ37による加圧工程の後に、型１と被成形物２を流体によって加圧する流体加圧工程を更に有していても良い。これにより、更に確実に成型パターンの転写を行うことができる。

なお、光インプリントを行う場合には、加圧工程の後に被成形物に所定波長の光を照射することによって、被成形物２の被成形層を硬化し、成形パターンを被成形層に転写する。また、熱インプリントを行う場合には、被成形物２をガラス転移温度以上に加熱し、次にメインローラ37で加圧し、メインローラ37が移動した後に冷却する。例えばガラス転移温度以上に加熱したローラを転がして加熱しながら加圧し、その後適宜冷却すれば良い。

最後に、被成形物２から型１を離す離型工程を行う。離型工程は、被成形物２から型１を離すことができればどのようなものでも良く、既知の技術を適宜用いれば良い。

１ 型
２ 被成形物
30 調圧室
33 筐体
34 調圧室用密閉手段
37 メインローラ
38 中間ローラ
39 バックアップローラ
45 調圧手段
321 第２枠体
322 受圧ステージ
331 第１枠体
332 調圧プレート

Claims (14)

1. 対象物を加圧するためのローラ式加圧装置であって、
   少なくとも表面が弾性部材で形成され、前記対象物を加圧するメインローラと、
   前記メインローラを前記対象物に対して相対的に移動するためのローラ移動手段と、
   前記メインローラが前記対象物に加える圧力を調節する調圧部と、
   前記メインローラの圧力を、前記対象物を間に挟んで受ける受圧ステージと、
   少なくとも表面が前記弾性部材より弾性率の大きい部材で形成され、前記メインローラを支持する中間ローラと、
   前記メインローラ及び前記中間ローラより軸方向の長さが短く形成され、前記中間ローラを支持するバックアップローラと、
   を具備することを特徴とするローラ式加圧装置。
2. 前記メインローラは、前記バックアップローラ及び前記中間ローラを介して調圧プレートに配置され、
   前記調圧部は、前記調圧プレートを介して前記メインローラに加わる圧力を調節する調圧手段を有することを特徴とする請求項１記載のローラ式加圧装置。
3. 前記調圧部は、前記調圧プレートの両面にかかる流体の差圧によって生じる力が前記メインローラに加わるように当該調圧プレートを保持する調圧プレート保持部と、前記調圧プレートの両面にかかる流体の差圧を調節する調圧手段と、を有することを特徴とする請求項２記載のローラ式加圧装置。
4. 前記ローラ移動手段は、前記調圧プレートに配置されることを特徴とする請求項３記載のローラ式加圧装置。
5. 前記中間ローラは、前記メインローラの円周面上に複数配置され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ローラ式加圧装置。
6. 前記バックアップローラは、前記中間ローラの円周面上に複数配置されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のローラ式加圧装置。
7. 前記バックアップローラは、メインローラの中心軸と中間ローラの中心軸を結ぶ面に対し、その両側に均等角度で複数配置されることを特徴とする請求項６記載のローラ式加圧装置。
8. 前記中間ローラは金属またはセラミックスからなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のローラ式加圧装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のローラ式加圧装置を備えることを特徴とするインプリント装置。
10. 対象物を少なくとも表面が弾性部材で形成されたメインローラによって加圧するためのローラ式加圧方法であって、
    前記対象物を受圧ステージ上に配置する配置工程と、
    前記メインローラが前記対象物に加える圧力を調節する圧力調節工程と、
    前記メインローラを前記対象物に対して相対的に移動し、前記対象物を当該メインローラで加圧する加圧工程と、を有し、
    前記加圧工程は、少なくとも表面が前記弾性部材より弾性率の大きい部材で形成される中間ローラで前記メインローラを支持すると共に、前記メインローラ及び前記中間ローラより軸方向の長さが短く形成されるバックアップローラで前記中間ローラを支持することを特徴とするローラ式加圧方法。
11. 前記圧力調節工程は、前記バックアップローラ及び前記中間ローラを介して前記メインローラを支持する調圧プレートの両面にかかる流体の差圧を利用して、前記メインローラが前記対象物に加える圧力を調節することを特徴とする請求項１０記載のローラ式加圧方法。
12. 前記中間ローラは、前記メインローラの移動方向前方および後方で当該メインローラを支持することを特徴とする請求項１０又は１１記載のローラ式加圧方法。
13. 前記バックアップローラは、前記中間ローラの移動方向前方および後方で当該中間ローラを支持することを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載のローラ式加圧方法。
14. 前記中間ローラは金属またはセラミックスからなることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載のローラ式加圧方法。

Images