JP2008110610A - Micromachining method and micromachining substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板表面に高精度の鏡面や微細な凹凸のパターンを形成する微細加工方法、およびその微細加工方法によって製造された微細加工基板に関する。 The present invention relates to a microfabrication method for forming a highly accurate mirror surface or a fine uneven pattern on a substrate surface, and a microfabrication substrate manufactured by the micromachining method.
一般に、光学部品の代表的な成形法として、金型温度を成形用樹脂の軟化温度未満とした一定容積のキャビティ内に適量の溶融樹脂を射出充填し、保圧を制御しながら冷却した後、金型を開いて成形品を取り出す射出成形方法が知られている。 In general, as a typical molding method for optical components, an appropriate amount of molten resin is injected and filled into a cavity having a fixed volume with a mold temperature lower than the softening temperature of the molding resin, and after cooling while controlling the holding pressure, An injection molding method is known in which a mold is opened to take out a molded product.
このような射出成形方法の場合、射出成形品の体積の大、小により充填量を変える必要があるが、体積が所定範囲以下に小さくなった場合、射出成形機のシリンダー径も小さいものに変えないと成形条件のコントロール幅が狭くなってしまうという問題点がある。 In the case of such an injection molding method, it is necessary to change the filling amount depending on the volume of the injection molded product, but if the volume becomes smaller than the predetermined range, the cylinder diameter of the injection molding machine is also changed to a smaller one. Otherwise, there is a problem that the control range of the molding conditions becomes narrow.
また、射出成形品で、厚さが均一で微細なパターンがある製品としてディスク基板がよく知られている。ディスク基板は、外径１２０ｍｍ、内径１５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍまたは０．６ｍｍの２枚貼り合わせで構成される。転写部材であるスタンパーは、外径１３８ｍｍ、内径２２ｍｍまたは３４ｍｍ、板厚約０．３ｍｍのＮｉ板で、金型の片面に内周部を金型部品のスタンパー押えにより機械的に保持している。 A disk substrate is well known as an injection molded product having a uniform thickness and a fine pattern. The disk substrate is formed by bonding two sheets having an outer diameter of 120 mm, an inner diameter of 15 mm, and a thickness of 1.2 mm or 0.6 mm. The stamper, which is a transfer member, is a Ni plate having an outer diameter of 138 mm, an inner diameter of 22 mm or 34 mm, and a plate thickness of about 0.3 mm, and the inner peripheral portion is mechanically held on one side of the mold by a stamper presser of a mold part. .
このようなディスク基板を成形する場合、溶融樹脂は、金型のスプルーブッシュからディスクゲートにより基板センターからキャビティー内に入って、充填が完了すると直ぐに内径部を金型のカットパンチにより打ち抜いている。打ち抜かれたランナーは、スプルーブッシュ内の冷却水路で冷され、コールドランナーとして取り出される。 When molding such a disk substrate, the molten resin enters the cavity from the substrate center by the disk gate from the sprue bush of the mold, and immediately after the filling is completed, the inner diameter portion is punched by the cut punch of the mold. . The punched runner is cooled in a cooling water channel in the sprue bush and taken out as a cold runner.
このため、内周の樹脂温度は高く、外周に行くに従い冷却が進み樹脂温度が低くなるため、半径方向に沿って樹脂の粘度差が生じ、内周部のパターン転写は良好であっても、外周部は転写不足になってしまうという問題点がある。 For this reason, the resin temperature on the inner circumference is high, the cooling proceeds and the resin temperature decreases as it goes to the outer circumference, resulting in a resin viscosity difference along the radial direction, and even if the pattern transfer on the inner circumference is good, There is a problem that the outer peripheral portion is insufficiently transferred.
また、射出成形の場合、上記のように、スタンパー、スタンパー押え、スプルーブッシュ等、部品点数が多くなるため、機械設計上、個々の部品の製作公差を考慮したクリアランス設計が必要となる。このため、成形後のディスク基板の内径部の微細パターンに対する偏心は避けられず、１０〜１５μｍ程度までは許容せざるをえない状況であった。 In the case of injection molding, as described above, the number of parts such as a stamper, a stamper presser, and a sprue bush increases. Therefore, in designing the machine, it is necessary to design a clearance in consideration of manufacturing tolerances of individual parts. For this reason, the eccentricity with respect to the fine pattern of the inner diameter portion of the disk substrate after molding is unavoidable, and it is inevitable to allow it up to about 10 to 15 μm.
さらに、ディスク基板の小径化を図る目的で、基板の板厚をさらに薄く（例えば０．４ｍｍ以下に）しようとすると、外周部の冷却がさらに加速され、樹脂は外周まで到達しないか、板厚が不均一で転写不足になるという問題が生じるため、ディスク基板の薄型化は困難であった。 Furthermore, if the thickness of the substrate is further reduced (for example, 0.4 mm or less) for the purpose of reducing the diameter of the disk substrate, the cooling of the outer peripheral portion is further accelerated and the resin does not reach the outer periphery. Therefore, it is difficult to reduce the thickness of the disk substrate.
また、基板の内径をさらに小さく（例えば５ｍｍ以下に）しようとすると、金型でスプルーブッシュやスタンパー押え、カットパンチを製作するのが困難になるという問題が生じるため、ディスク基板の小径化は困難であった。 Further, if the inner diameter of the substrate is further reduced (for example, 5 mm or less), it becomes difficult to manufacture a sprue bush, stamper presser, or cut punch with a mold, so it is difficult to reduce the diameter of the disk substrate. Met.
その他、近年では、基板成形工程と転写工程とを別工程で行う方法が提案されている。しかし、例えば、ディスクやロータリーエンコーダのように、基板と凹凸模様との相対的位置精度がナノメーターレベルで厳しく要求される場合、位置決めに時間がかかる。また、後工程での熱による変形や作業中のズレ等により、所望の精度を得ることは難しい。そのため、このような微細加工に、基板成形工程と転写工程とを別工程で行う方法が適用されたケースはない。
そこで、本発明者は、上記問題点に鑑み、鋭意検討した結果、表面に微細な凹凸パターンを有する基板の品質の安定化を図るだけでなく、更なる薄型化、小型化も可能とする新しい微細加工方法を見出した。すなわち、射出成形や押出成形等により得られる被加工物を、表面が滑らかで厚みが均一な平板形状のブランク基板とする。そして、このブランク基板（被加工物）を所定の形状に打ち抜く金型の型作動工程中に、プレス装置を用いた転写技術（インプリント）により、被加工物（ブランク基板）に微細な凹凸パターンを形成する（転写工程）。 In view of the above problems, the present inventor has intensively studied. As a result, the present inventor not only stabilizes the quality of a substrate having a fine uneven pattern on the surface, but also enables a further reduction in thickness and size. A fine processing method was found. In other words, a workpiece obtained by injection molding or extrusion molding is a flat blank substrate having a smooth surface and a uniform thickness. A fine uneven pattern is formed on the workpiece (blank substrate) by a transfer technique (imprint) using a press device during the mold operation process of the die for punching the blank substrate (workpiece) into a predetermined shape. Is formed (transfer process).
この方法による被加工物の成形においては、それぞれ得意とする成形機を使用すれば良く、プレス装置は、成形品の体積によって変更する必要は無い。また、被加工品の板厚の選択とヒーターで均一に加熱することにより、薄型基板や小径基板への微細転写も可能となった。 In forming a workpiece by this method, it is only necessary to use a molding machine that is good at each, and the press device does not need to be changed depending on the volume of the molded product. In addition, fine transfer to thin substrates and small-diameter substrates has become possible by selecting the thickness of the workpiece and heating it uniformly with a heater.
この発明の請求項１に係る微細加工方法は、少なくとも片面に平滑な樹脂面を備えた平板状の被加工物を所定の形状に打ち抜く金型が初期位置から打ち抜き位置を経て初期位置に戻るまでの型作動工程中に、表面に凹凸模様が形成された転写部材または前記被加工物の少なくとも一方が加熱により昇温した状態で、前記転写部材の凹凸模様を前記被加工物の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程を行うことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a micromachining method according to
この発明の請求項２に係る微細加工方法は、少なくとも片面に平滑な樹脂面を備えた平板状の被加工物を打ち抜く金型が初期位置から打ち抜き位置を経て初期位置に戻るまでの型作動工程中に、表面に凹凸模様が形成された転写部材または前記被加工物の少なくとも一方を加熱により昇温させる昇温工程、前記被加工物を所定の形状に打ち抜く打ち抜き工程、前記転写部材の凹凸模様を前記被加工物の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程、および前記凹凸模様が前記位置決めされた所に転写された前記被加工物を冷却する冷却工程、を実行することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a micro-machining method in which a mold for punching a flat workpiece having a smooth resin surface on at least one side is moved from an initial position through a punching position to return to an initial position. A temperature raising step of heating at least one of the transfer member having a concavo-convex pattern formed thereon or the workpiece, a punching step of punching the workpiece into a predetermined shape, and a concavo-convex pattern of the transfer member Is applied to the resin surface of the workpiece to transfer the concavo-convex pattern to a position positioned with respect to the predetermined punching shape, and the concavo-convex pattern is transferred to the position where the concavo-convex pattern is positioned. And a cooling step for cooling the workpiece.
この発明の請求項３に係る微細加工方法は、請求項２記載の微細加工方法において、前記型作動工程中に、前記昇温工程、前記打ち抜き工程、前記転写工程、および前記冷却工程を、この順に実行することを特徴とする。 The micromachining method according to claim 3 of the present invention is the micromachining method according to claim 2, wherein the temperature raising step, the punching step, the transfer step, and the cooling step are performed during the mold operation step. It is characterized by executing in order.
この発明の請求項４に係る微細加工方法は、請求項２記載の微細加工方法において、前記型作動工程中に、前記昇温工程、前記転写工程、前記打ち抜き工程、および前記冷却工程を、この順に実行することを特徴とする。 A micromachining method according to a fourth aspect of the present invention is the micromachining method according to the second aspect, wherein the temperature raising step, the transfer step, the punching step, and the cooling step are performed during the mold operation step. It is characterized by executing in order.
この発明の請求項５に係る微細加工方法は、請求項２〜４のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記打ち抜き工程において、前記所定の形状の外側にある前記被加工物の残余の部分を固定した状態で、前記被加工物を前記所定の形状に打ち抜くことを特徴とする。 A micromachining method according to a fifth aspect of the present invention is the micromachining method according to any one of the second to fourth aspects, wherein in the punching step, a residual of the work piece outside the predetermined shape is obtained. The workpiece is punched into the predetermined shape with the portion fixed.
この発明の請求項６に係る微細加工方法は、請求項２〜５のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記冷却工程において、前記転写部材及び前記被加工物を冷却用気体により強制的に冷却することを特徴とする。 A micromachining method according to a sixth aspect of the present invention is the micromachining method according to any one of the second to fifth aspects, wherein, in the cooling step, the transfer member and the workpiece are forced by a cooling gas. It is characterized by cooling.
この発明の請求項７に係る微細加工方法は、請求項２〜６のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記所定の形状に打ち抜かれた打ち抜き部分が、前記被加工物の打ち抜き孔の部分に自動的に挿入されて、両者が実質的に一体となって取り出せることを特徴とする。 A micromachining method according to a seventh aspect of the present invention is the micromachining method according to any one of the second to sixth aspects, wherein the punched portion punched into the predetermined shape is a punching hole of the workpiece. It is automatically inserted into the portion and can be taken out substantially integrally.
この発明の請求項８に係る微細加工方法は、請求項２〜７のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記被加工物の平滑な前記樹脂面の表面粗さＲａは、０．５μｍ以下であることを特徴とする。 The micromachining method according to claim 8 of the present invention is the micromachining method according to any one of claims 2 to 7, wherein the smooth surface roughness Ra of the workpiece is 0.5 μm. It is characterized by the following.
この発明の請求項９に係る微細加工方法は、請求項２〜８のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記打ち抜き工程で前記被加工物を打ち抜く前記所定の形状は、円盤状であることを特徴とする。 The micromachining method according to claim 9 of the present invention is the micromachining method according to any one of claims 2 to 8, wherein the predetermined shape for punching the workpiece in the punching step is a disc shape. It is characterized by that.
この発明の請求項１０に係る微細加工方法は、請求項２〜８のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記打ち抜き工程で前記被加工物を打ち抜く前記所定の形状は、中心部に円形孔を有する円盤状であることを特徴とする。 A micromachining method according to a tenth aspect of the present invention is the micromachining method according to any one of the second to eighth aspects, wherein the predetermined shape for punching the workpiece in the punching step is circular at a center portion. It is characterized by a disk shape having holes.
この発明の請求項１１に係る微細加工基板は、請求項２〜８のいずれか１項記載の微細加工方法によって作製されたことを特徴とする。 A microfabricated substrate according to an eleventh aspect of the present invention is manufactured by the microfabrication method according to any one of the second to eighth aspects.
この発明の請求項１２に係るディスク用基板は、請求項２〜８のいずれか１項記載の微細加工方法によって作製されたことを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a disk substrate produced by the microfabrication method according to any one of the second to eighth aspects.
この発明の請求項１３に係るロータリーエンコーダ用基板は、請求項２〜８のいずれか１項記載の微細加工方法によって作製されたことを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, a rotary encoder substrate is produced by the microfabrication method according to any one of the second to eighth aspects.
この発明の請求項１４に係る微細加工方法は、少なくとも一方が加熱可能な上型または下型のいずれか一方が、パンチ側ホルダーに固定されたパンチと、前記パンチを通す孔を有し、かつ、前記パンチの先端面より突出した位置を基準として、これより押し込まれたとき復帰するように付勢されたストリッパーとを備え、他方が、ダイ側ホルダーに固定されたダイであって、少なくとも片面に平滑な樹脂面を備え、かつ、両型間に置かれる被加工基板を、プレス装置のラムが型閉方向に駆動することにより、前記ストリッパーとの間に挟持し、さらに前記パンチと協働して前記被加工基板を打ち抜くダイと、前記ダイの内側空間に配置され、表面に凹凸模様が形成された転写部材を先端に備え、前記凹凸模様を前記被加工基板の前記樹脂面に対し加圧可能な加圧部材とを備えた金型を用いて、微細加工を行う方法であって、前記パンチとダイが初期位置から前記挟持する挟持位置さらに前記打ち抜く打ち抜き位置を経て初期位置に戻るまでの型作動工程中に、前記上型または下型の少なくとも一方を加熱することで前記転写部材または前記被加工基板の少なくとも一方を昇温させる昇温工程、前記被加工基板を所定の形状に打ち抜く打ち抜き工程、前記転写部材の凹凸模様を前記被加工基板の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程、および前記凹凸模様が前記位置決めされた所に転写された前記被加工基板を冷却する冷却工程、を実行することを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, at least one of the upper die and the lower die that can be heated has a punch fixed to the punch side holder, a hole through which the punch passes, and A stripper biased so as to return when it is pushed in on the basis of a position protruding from the front end surface of the punch, and the other is a die fixed to the die side holder, at least one side The substrate to be processed, which is provided with a smooth resin surface, is sandwiched between the stripper by driving the ram of the press device in the mold closing direction and further cooperates with the punch. A die for punching out the substrate to be processed, and a transfer member disposed in the inner space of the die and having a concavo-convex pattern formed on the surface thereof, and the concavo-convex pattern on the resin surface of the substrate to be processed A method of performing microfabrication using a mold having a pressurizing member capable of pressurization, wherein the punch and die are sandwiched from the initial position to the initial position through the punching position. A temperature raising step of heating at least one of the transfer member or the substrate to be processed by heating at least one of the upper die or the lower die during the mold operation step until returning, and the substrate to be processed has a predetermined shape A punching process for punching the sheet, a transfer process for pressing the uneven pattern of the transfer member against the resin surface of the substrate to be processed, and transferring the uneven pattern to a position positioned with respect to the predetermined punching shape; and A cooling step is performed for cooling the substrate to be processed, which has been transferred to the position where the uneven pattern is positioned.
この発明の請求項１５に係る微細加工方法は、請求項１４記載の微細加工方法において、加熱される前記上型または下型の前記プレス装置と接する部材を断熱材で構成し、前記上型または下型から前記プレス装置への熱伝導を防止することを特徴とする。 A micromachining method according to a fifteenth aspect of the present invention is the micromachining method according to the fourteenth aspect, wherein a member in contact with the pressing device of the upper die or the lower die to be heated is formed of a heat insulating material, and the upper die or It is characterized in that heat conduction from the lower mold to the pressing device is prevented.
この発明の請求項１６に係る微細加工方法は、請求項１４または請求項１５記載の微細加工方法において、前記昇温工程は、前記加圧部材に備えたヒーターにより前記転写部材を昇温させ、また、前記被加工基板が前記ストリッパーと前記ダイとの間に挟持されたとき、前記パンチに備えたヒーターにより、前記パンチと前記転写部材とに挟持される部分の前記被加工基板を昇温させることを特徴とする。 The micromachining method according to a sixteenth aspect of the present invention is the micromachining method according to the fourteenth or fifteenth aspect, wherein the temperature raising step raises the temperature of the transfer member by a heater provided in the pressure member, Further, when the substrate to be processed is sandwiched between the stripper and the die, the substrate to be processed in a portion sandwiched between the punch and the transfer member is heated by a heater provided in the punch. It is characterized by that.
この発明の請求項１７に係る微細加工方法は、請求項１４〜１６のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記打ち抜き工程は、前記被加工基板が前記ストリッパーと前記ダイとの間に挟持された状態で、前記パンチと前記転写部材とに挟持されている部分の前記被加工基板を前記所定の形状として打ち抜くことを特徴とする。 The microfabrication method according to a seventeenth aspect of the present invention is the micromachining method according to any one of the fourteenth to sixteenth aspects, wherein the workpiece is sandwiched between the stripper and the die. In this state, the portion of the substrate to be processed sandwiched between the punch and the transfer member is punched out as the predetermined shape.
この発明の請求項１８に係る微細加工方法は、請求項１４〜１７のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記転写工程は、前記昇温工程の後、前記パンチと前記転写部材とに挟持されている部分の前記被加工基板の前記樹脂面に対し、前記加圧部材が前記転写部材の凹凸模様を加圧することで転写させることを特徴とする。 The microfabrication method according to an eighteenth aspect of the present invention is the microfabrication method according to any one of the fourteenth to seventeenth aspects, wherein the transfer step is performed after the temperature raising step, after the temperature raising step, between the punch and the transfer member. The pressurizing member causes the concavo-convex pattern of the transfer member to be transferred to the resin surface of the substrate to be processed in the sandwiched portion, thereby transferring the surface.
この発明の請求項１９に係る微細加工方法は、請求項１４〜１８のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記冷却工程は、冷却用気体により前記パンチの外周を冷却し、また、冷却用気体により前記加圧部材の外周を冷却することで、前記パンチと前記転写部材とに挟持されている部分の前記被加工基板を冷却することを特徴とする。 The micromachining method according to a nineteenth aspect of the present invention is the micromachining method according to any one of the fourteenth to eighteenth aspects, wherein the cooling step cools an outer periphery of the punch with a cooling gas. The outer periphery of the pressurizing member is cooled with a working gas to cool the portion of the substrate to be processed that is sandwiched between the punch and the transfer member.
この発明の請求項２０に係る微細加工方法は、請求項１４〜１９のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記所定の形状に打ち抜かれた打ち抜き基板が、前記被加工基板の打ち抜き孔の部分に自動的に挿入されて、両者が実質的に一体となって取り出せることを特徴とする。 A microfabrication method according to a twentieth aspect of the present invention is the microfabrication method according to any one of the fourteenth to nineteenth aspects, wherein the punched substrate punched into the predetermined shape is a punch hole of the substrate to be processed. It is automatically inserted into the portion and can be taken out substantially integrally.
この発明の請求項２１に係る微細加工方法は、少なくとも一方が加熱可能な上型または下型のいずれか一方が、パンチ側ホルダーに固定された外形抜きパンチと、前記外形抜きパンチを通す孔を有し、かつ、前記外形抜きパンチの先端面より突出した位置を基準として、これより押し込まれたとき復帰するように付勢されたストリッパーとを備え、他方が、ダイ側ホルダーに固定されたダイであって、少なくとも片面に平滑な樹脂面を備え、かつ、両型間に置かれる被加工基板を、プレス装置のラムが型閉方向に駆動することにより、前記ストリッパーとの間に挟持し、さらに前記外形抜きパンチと協働して前記被加工基板を打ち抜く外形抜きダイと、前記ダイ側ホルダーに前記外形抜きダイと同心に固定され、前記外形抜きパンチの中心位置に形成されている内形抜き用ダイ孔と協働して前記被加工基板を打ち抜く内形抜きパンチと、前記外形抜きダイの内側空間に前記内形抜きパンチを避けて配置され、表面に凹凸模様が形成された転写部材を先端に備え、前記凹凸模様を前記被加工基板の前記樹脂面に対し加圧可能な加圧部材とを備えた金型を用いて、微細加工を行う方法であって、前記外形抜きパンチと前記外形抜きダイおよび内形抜きパンチとが初期位置から前記挟持する挟持位置さらに前記打ち抜く打ち抜き位置を経て初期位置に戻るまでの型作動工程中に、前記上型または下型の少なくとも一方を加熱することで前記転写部材または前記被加工基板の少なくとも一方を昇温させる昇温工程、前記被加工基板を所定の形状に打ち抜く打ち抜き工程、前記転写部材の凹凸模様を前記被加工基板の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程、および前記凹凸模様が前記位置決めされた所に転写された前記被加工基板を冷却する冷却工程、を実行することを特徴とする。 According to a twenty-first aspect of the present invention, at least one of an upper die and a lower die that can be heated has an outer punch that is fixed to a punch-side holder, and a hole through which the outer punch is passed. And a stripper that is biased so as to return when it is pushed in on the basis of the position protruding from the tip surface of the outer punch, and the other is a die fixed to the die side holder The substrate to be processed, which has a smooth resin surface on at least one side, and is placed between both molds, is sandwiched between the stripper by driving the ram of the press device in the mold closing direction, Further, an outer shape die that punches the workpiece substrate in cooperation with the outer shape punch, and is fixed to the die side holder concentrically with the outer shape die, and the center position of the outer shape punch The inner die punch for punching the substrate to be processed in cooperation with the inner die punching hole formed in the inner die punching hole is disposed in the inner space of the outer die so as to avoid the inner die punch, and the surface is uneven. This is a method of performing microfabrication using a mold provided with a transfer member having a pattern formed at the tip and a pressing member capable of pressing the uneven pattern against the resin surface of the substrate to be processed. During the mold operation process until the outer punch, the outer die and the inner punch are returned from the initial position to the initial position through the punching position and the punching position, A temperature raising step for heating at least one of the transfer member or the substrate to be processed by heating at least one of the molds, a punching step for punching the substrate to be processed into a predetermined shape, and irregularities on the transfer member A transfer step of applying pressure to the resin surface of the substrate to be processed and transferring the uneven pattern to a position positioned with respect to the predetermined punching shape; and transferring the uneven pattern to the position where the uneven pattern is positioned. And a cooling step for cooling the processed substrate.
この発明の請求項２２に係る微細加工方法は、請求項２１記載の微細加工方法において、前記所定の形状に打ち抜かれた打ち抜き基板が、その外側にある前記被加工基板の残余の部分の打ち抜き孔に自動的に挿入されて、両者が実質的に一体となって取り出せることを特徴とする。 A microfabrication method according to a twenty-second aspect of the present invention is the micromachining method according to the twenty-first aspect, wherein the punched substrate punched into the predetermined shape is a punched hole in the remaining portion of the substrate to be processed outside the punched substrate. The two are automatically inserted and can be taken out substantially integrally.
この発明の請求項２３に係る微細加工方法は、請求項２１または請求項２２記載の微細加工方法において、型開き時に、前記内形抜きパンチと前記加圧部材との分割面から圧縮気体を噴出させることにより、前記打ち抜き工程で前記被加工基板から所定の形状に打ち抜かれた打ち抜き基板を、前記転写部材の凹凸模様から離型させることを特徴とする。 A micromachining method according to a twenty-third aspect of the present invention is the micromachining method according to the twenty-first or twenty-second aspect, wherein a compressed gas is ejected from a split surface between the inner punch and the pressure member when the mold is opened. Thus, the punched substrate punched into a predetermined shape from the substrate to be processed in the punching step is released from the uneven pattern of the transfer member.
この発明の請求項２４に係る微細加工方法は、請求項２１〜２３のいずれか１項記載の微細加工方法において、型開き時に、前記ストリッパーの前記被加工基板との接触面から圧縮気体を噴出させることにより、前記打ち抜き工程で所定の形状に打ち抜かれた打ち抜き基板の外側にある前記被加工基板の残余の部分を離型させることを特徴とする。 A micromachining method according to a twenty-fourth aspect of the present invention is the micromachining method according to any one of the twenty-first to twenty-third aspects, wherein compressed gas is ejected from the contact surface of the stripper with the substrate to be processed when the mold is opened. Thus, the remaining portion of the substrate to be processed outside the punched substrate punched into a predetermined shape in the punching step is released.
この発明の請求項２５に係る微細加工方法は、請求項２１〜２４のいずれか１項記載の微細加工方法において、前記外形抜きダイにおいて、前記外形抜きパンチと協働して前記被加工基板を打ち抜く打ち抜き部と、前記ストリッパーとの間に前記被加工基板を挟持する挟持部とを兼ねたダイ主要部を、それ以外の部分とは別部品として構成し、前記外形抜きダイの前記それ以外の部分に対して前記ダイ主要部を交換することを特徴とする。 A microfabrication method according to a twenty-fifth aspect of the present invention is the micromachining method according to any one of the twenty-first to twenty-fourth aspects, wherein in the outer shape die, the substrate to be processed is cooperated with the outer shape punch. A die main part that also serves as a punching part for punching and a sandwiching part for sandwiching the substrate to be processed between the stripper is configured as a separate part from the other parts, The die main part is exchanged with respect to the part.
この発明は以上のように、少なくとも片面に平滑な樹脂面を備えた平板状の被加工物を所定の形状に打ち抜く金型が初期位置から打ち抜き位置を経て初期位置に戻るまでの型作動工程中に、表面に凹凸模様が形成された転写部材または前記被加工物の少なくとも一方が加熱により昇温した状態で、前記転写部材の凹凸模様を前記被加工物の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程を行うので、表面に微細な凹凸パターンを有する高品質の基板を安定的に作製・生産することができることに加えて、さらなる薄型化、小型化を実現することが可能である。 As described above, the present invention is in the mold operation process until the mold for punching a flat workpiece having a smooth resin surface on at least one side into a predetermined shape returns from the initial position to the initial position through the punching position. In addition, in a state where at least one of the transfer member having a concavo-convex pattern formed on the surface or the workpiece is heated, the concavo-convex pattern of the transfer member is pressed against the resin surface of the workpiece, In addition to being able to stably produce and produce a high-quality substrate having a fine concavo-convex pattern on the surface because a transfer process is performed to transfer the concavo-convex pattern to a position positioned with respect to the predetermined punching shape. Thus, further reduction in thickness and size can be realized.
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１、図２は、この発明による微細加工方法に用いる金型（インプリント金型）の一実施形態を示す要部を断面にした概略図である。この金型（インプリント金型）１０は、図示しないプレス装置の下ラムに固定される下型と、プレス装置の上ラムに固定される上型とで構成される。 FIG. 1 and FIG. 2 are schematic views in cross section of a main part showing an embodiment of a mold (imprint mold) used in the microfabrication method according to the present invention. The mold (imprint mold) 10 includes a lower mold fixed to a lower ram of a press device (not shown) and an upper mold fixed to an upper ram of the press device.
下型は、外形（外径）抜きパンチ２０およびストリッパー２５を備え、また、下ホルダー３０および下バックプレート３５を備えている。
The lower die includes an outer shape (outer diameter) punch 20 and a
外形（外径）抜きパンチ２０は、下ホルダー３０の中心位置に形成した嵌合孔に下から嵌合される。下バックプレート３５が下ホルダー３０にボルトで固定されることで、外形（外径）抜きパンチ２０は、下ホルダー３０の中心位置に位置決め固定される。
The outer shape (outer diameter) punch 20 is fitted from below into a fitting hole formed at the center position of the
そして、外形（外径）抜きパンチ２０は、図示してないが、円周方向に均等に配置されるヒーターと温度センサーを設置できる構造となっている。 The outer shape (outer diameter) punch 20 has a structure in which heaters and temperature sensors that are equally arranged in the circumferential direction can be installed, although not shown.
ストリッパー２５は、その中央部に、外形（外径）抜きパンチ２０との間に所要の隙間を有する基板用外形孔が形成されている。その隙間は、外形（外径）抜きパンチ２０に対して、ストリッパー２５が上下に摺動可能程度の極微小な隙間に設定される。
The
また、ストリッパー２５は、下ホルダー３０および下バックプレート３５の中心を基準として円周方向に互いに９０°の間隔で形成された４つの貫通孔に下から貫通されたストリッパーカラー２６の上端部に固定される。
Further, the
ストリッパーカラー２６の下端部には４本のストリッパー用バネ２７が装着され、ストリッパー用バネ２７の下端を押えるバネ押えプレート２８が下バックプレート３５にボルトで固定される。バネ押えプレート２８は、プレス装置の下ラムに固定できるようになっている。なお、バネ押えプレート２８は、外形（外径）抜きパンチ２０に設置されたヒーターの熱をプレス装置に伝えないよう断熱材にすることが望ましい。
Four stripper springs 27 are attached to the lower end portion of the
これにより、ストリッパー２５は、プレス前の無負荷時には、４本のストリッパーカラー２６と４本のストリッパー用バネ２７により、外形（外径）抜きパンチ２０の上端面よりわずかに高い位置すなわち、２ｍｍ以下、望ましくは０．３〜０．５ｍｍ程度上方へ***した高さに、位置決めされている（図１参照）。
Thus, the
このようなストリッパー２５は、外形（外径）抜きパンチ２０より大きい図示しないブランク基板がストリッパー２５上に載置され、プレス装置の上ラムが下降するとき、つぎのような働きをする。すなわち、上ラムが下降するのにともなって、後述する外形（外径）抜きダイ５０の下端面がストリッパー２５の上端面との間にブランク基板を挟み込んだ瞬間から、ストリッパー用バネ２７のバネ力でブランク基板を押え込む。
Such a
また、ストリッパー２５は、インプリント後の成形基板が外形（外径）抜きパンチ２０の上端面に付着することを防止するため、上ラムが上昇するとき、成形基板を外形（外径）抜きパンチ２０の上端面から２ｍｍ以下、望ましくは０．３〜０．５ｍｍ程度上方へ引き離す働きをする。
Further, the
さらに、下ホルダー３０には、その中心を基準として円周方向に互いに９０°の間隔で形成された４つの圧入穴が形成され、この圧入穴に４本のガイドブッシュ４０が圧入嵌合され、軸線を垂直にして設置されている。
Furthermore, the
上型は、外形（外径）抜きダイ５０、スタンパー５５およびピストン５６を備え、また、上ホルダー６０および上バックプレート６５を備えている。
The upper die includes an outer shape (outer diameter) punching
外形（外径）抜きダイ５０は、その中央部に、スタンパー５５およびスタンパー５５を取り付けるピストン５６の小径部との間に所要の隙間を有する基板用外形孔が形成されている。その隙間は、スタンパー５５およびピストン５６の小径部に対して、外形（外径）抜きダイ５０が相対的に上下摺動可能程度の極微小な隙間に設定される。
The outer shape (outer diameter) punching die 50 is formed with a board outer hole having a required gap between the
外形（外径）抜きダイ５０は、上ホルダー６０の中心位置に図示しないダウエルピンで精密に位置決めされボルトで固定されている。また、外形（外径）抜きダイ５０は、エアシリンダー部５１を備えている。
The outer shape (outer diameter) punching die 50 is precisely positioned by a dowel pin (not shown) at the center position of the
スタンパー５５は、片面（図１では下面）に、スタンパーの形状に対して希望する所定寸法の配置で微細な凹凸加工模様が施されている。また、他の片面（図１では上面）は、ピストン５６に密着するように接着または着脱可能にボルトで固定されている。
The
ピストン５６は、外周部にＯリング５７が設置されている。そして、上ホルダー６０のエア供給口６１から外形（外径）抜きダイ５０内のエアシリンダー部５１にエアーを供給することで、ピストン５６は、インプリント時の加圧を行うことができる。
The
また、ピストン５６内には、図示してないが、円周方向に均等に配置されるヒーターと温度センサーを設置できる構造となっている。これにより、ピストン５６は、インプリント時の加熱も行うことができる。
Although not shown, the
また、上バックプレート６５は、上ホルダー６０にボルトで固定されて、プレス装置の上ラムに固定できるようになっている。なお、上バックプレート６５は、ピストン５６に設置されたヒーターの熱をプレス装置に伝えないよう断熱材にすることが望ましい。
Further, the
さらに、上ホルダー６０には、その中心を基準として円周方向に互いに９０°の間隔で形成された４つの圧入穴が形成され、この圧入穴に４本のガイドポスト７０が圧入嵌合されて、垂直に設置されている。ガイトポスト７０とガイドブッシュ４０は、図示しないボールベアリングにより精密に嵌合して上型と下型を精密に位置決めできるように構成してある。
Further, the
そして、プレス装置の上ラムが下降すると、外形（外径）抜きパンチ２０は、図２に示すように、外形（外径）抜きダイ５０のダイ孔に対して均一な抜きクリアランスを保ちながら進入していく構造となっている。 When the upper ram of the press device is lowered, the outer shape (outer diameter) punch 20 enters the outer shape (outer diameter) punching die 50 while maintaining a uniform punching clearance with respect to the die hole of the outer shape (outer diameter) punching die 50 as shown in FIG. It has a structure to do.
なお、この実施形態では、スタンパー５５とピストン５６を２つの別々の部品としたが、これに限定せず、スタンパー５５とピストン５６が一体となった１つの部品としてもよい。
In this embodiment, the
上記のように構成された金型（インプリント金型）１０を用いたこの発明による微細加工方法は、表面に微細な凹凸模様を有する転写部材（スタンパー５５）を用いて、この凹凸模様が表面に形成された所定形状の微細加工基板を作製する方法である。 The micromachining method according to the present invention using the mold (imprint mold) 10 configured as described above uses a transfer member (stamper 55) having a fine concavo-convex pattern on the surface, and the concavo-convex pattern is the surface. This is a method for producing a microfabricated substrate of a predetermined shape formed in the above.
すなわち、この微細加工方法は、金型１０が初期位置から打ち抜き位置を経て初期位置に戻るまでの型作動工程中に、少なくとも片面に平滑な樹脂面を備えた平板状の被加工物（ブランク基板）またはスタンパー５５の少なくとも一方が加熱により昇温した状態で、スタンパー５５の凹凸模様をブランク基板の樹脂面に対し加圧して、凹凸模様をブランク基板の所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写するものである。
That is, in this micromachining method, a plate-shaped workpiece (blank substrate) having a smooth resin surface on at least one surface during a mold operation process from the initial position through the punching position to return to the initial position. ) Or in a state where at least one of the
具体的には、この微細加工方法は、金型１０の型作動工程中に、スタンパー５５またはブランク基板の少なくとも一方を加熱により昇温させる昇温工程、ブランク基板を所定の形状に打ち抜く打ち抜き工程、スタンパー５５の凹凸模様をブランク基板の樹脂面に対し加圧して、凹凸模様をブランク基板の所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程、および凹凸模様が前記位置決めされた所に転写されたブランク基板を冷却する冷却工程、を実行する。
Specifically, this microfabrication method includes a temperature raising step for heating at least one of the
この微細加工方法は、金型１０の型作動工程中に、昇温工程、打ち抜き工程、転写工程、および冷却工程を、この順に実行することができる。
In the microfabrication method, during the mold operating process of the
また、この微細加工方法は、金型１０の型作動工程中に、昇温工程、転写工程、打ち抜き工程、および冷却工程を、この順に実行することができる。
Moreover, this microfabrication method can perform a heating process, a transfer process, a punching process, and a cooling process in this order during the mold operating process of the
打ち抜き工程において、ブランク基板（被加工物）を、打ち抜くべき所定形状の外側で固定した状態で、打ち抜くことが好ましい。 In the punching step, it is preferable that the blank substrate (workpiece) is punched in a state of being fixed outside the predetermined shape to be punched.
被加工物（ブランク基板）の表面の表面粗さＲａは、０．５μｍ以下である。表面粗さＲａは、ＪＩＳ＿Ｂ＿０６０１−１９９４で定義されるものとする。これは、被加工物（ブランク基板）の表面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上であると、転写される凹凸模様との視認性が悪くなるためである。なお、表面粗さＲａは、ＪＩＳ＿Ｂ＿０６０１−１９９４に準じて、原子力顕微鏡（ＡＦＭ）、触針式表面粗さ計、光干渉式表面粗さ計等により測定可能である。 The surface roughness Ra of the surface of the workpiece (blank substrate) is 0.5 μm or less. The surface roughness Ra is defined by JIS_B_0601-1994. This is because, when the surface roughness Ra of the surface of the workpiece (blank substrate) is 0.5 μm or more, the visibility with the concavo-convex pattern to be transferred is deteriorated. The surface roughness Ra can be measured by an atomic force microscope (AFM), a stylus type surface roughness meter, an optical interference type surface roughness meter, or the like according to JIS_B — 0601-1994.
被加工物（ブランク基板）は、熱可塑性樹脂、熱硬化型樹脂又は紫外線硬化型の樹脂から成る平板であっても良いし、基板表面に、熱可塑性樹脂、熱硬化型樹脂又は紫外線硬化型樹脂が塗布された複合タイプの平板であっても良い。 The workpiece (blank substrate) may be a flat plate made of a thermoplastic resin, a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin, or a thermoplastic resin, a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin on the substrate surface. It may be a composite type flat plate to which is applied.
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂等が、好適に使用可能である。 Examples of the thermoplastic resin include polycarbonate resin, polyarylate resin, polyethersulfone resin, polysulfone resin, polyester resin, polymethyl methacrylate resin, polyetherimide resin, cycloolefin polymer resin, polyethylene terephthalate resin, polyamide resin, and the like. It can be suitably used.
熱硬化性樹脂としては、色相の点からエポキシ系樹脂が特に好ましく用いられる。エポキシ系樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＳ型やそれらの水素添加の如きビスフェノール型、また、フェノールノボラック型やクレゾールノボラック型の如きノボラック型、また、トリグリシジルイソシアヌレート型やヒンダントイン型の如き含窒素環型、脂環式型、脂肪族型、ナフタレン型の如き芳香族型、グリシジルエーテル型、ビフェニル型の如き低吸水率タイプ、ジシクロ型、エステル型、エーテルエステル型やそれらの変性型などが挙げられる。 As the thermosetting resin, an epoxy resin is particularly preferably used from the viewpoint of hue. Examples of the epoxy resin include bisphenol A type, bisphenol F type, bisphenol S type and bisphenol types such as hydrogenation thereof, novolak types such as phenol novolak type and cresol novolak type, and triglycidyl isocyanurate type. Nitrogen-containing ring type, such as hindantoin type, alicyclic type, aliphatic type, aromatic type such as naphthalene type, low water absorption type such as glycidyl ether type, biphenyl type, dicyclo type, ester type, ether ester type, etc. These modified types are exemplified.
これらは単独で使用してもあるいは併用してもよい。上記各種エポキシ系樹脂の中でも、変色防止性などの点から、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。 These may be used alone or in combination. Among the various epoxy resins, it is preferable to use a bisphenol A type epoxy resin, an alicyclic epoxy resin, or a triglycidyl isocyanurate type epoxy resin from the viewpoint of preventing discoloration.
紫外線硬化型樹脂としては、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート又はエポキシ（メタ）アクリレートオリゴマー、反応希釈剤、光重合開始剤、光増感剤の成分を含む組成物が挙げられる。しかし、特に限定されるものではない。 As an ultraviolet curable resin, the composition containing the component of a urethane (meth) acrylate or an epoxy (meth) acrylate oligomer, a reaction diluent, a photoinitiator, and a photosensitizer is mentioned, for example. However, it is not particularly limited.
また、基板としては、例えば、アクリル樹脂、ＭＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、または上記樹脂のブレンドからなるシート又はフィルムなどが好適に使用できる。成形型からの離型性の点から、可撓性のあるアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＭＳ樹脂などが光透過性や柔軟性の点から好ましい。 As the substrate, for example, an acrylic resin, MS resin, polycarbonate resin, polyester resin, polystyrene resin, polyolefin resin, vinyl chloride resin, polyimide resin, or a sheet or film made of a blend of the above resins can be suitably used. From the viewpoint of releasability from the mold, flexible acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin, MS resin and the like are preferable from the viewpoint of light transmittance and flexibility.
そして、この発明の微細加工方法により得られる微細加工基板としては、ロータリーエンコーダ用基板、ディスク用基板、ハードディスク用基板、導光板、タッチパネル用基板、燃料電池用セパレータ、反射板、バイオチップ、レンズ等、各種の基板を意味する。 The microfabricated substrate obtained by the microfabrication method of the present invention includes a rotary encoder substrate, a disk substrate, a hard disk substrate, a light guide plate, a touch panel substrate, a fuel cell separator, a reflector, a biochip, a lens, etc. Means various substrates.
次に、上記のように構成された金型（インプリント金型）１０を用いてこの発明による微細加工方法を行う場合の、基板へのインプリントの実施形態について説明する。 Next, an embodiment of imprinting on a substrate when the fine processing method according to the present invention is performed using the mold (imprint mold) 10 configured as described above will be described.
まず、外形（外径）抜きパンチ２０およびピストン５６に備えるヒーターに通電して、外形（外径）抜きパンチ２０、ピストン５６およびスタンパー５５を、合成樹脂のガラス転移温度−１０〜＋４０℃付近に設定する。
First, the heater provided in the outer shape (outer diameter) punch 20 and the
この状態で、合成樹脂から成る厚さ約０．５ｍｍで、表面粗さＲａが０．００５μｍの平板状のブランク基板を、ストリッパー２５の上に載せる。そして、プレス装置の上ラム位置を初期値から所定量下降させて、ブランク基板をストリッパー２５と外形（外径）抜きダイ５０とで挟み込み、さらにストリッパー２５の上面が外形（外径）抜きパンチ２０の上面に一致するまで押し込む。このときのプレス装置の上ラムの位置を保持値とする（図９参照）。
In this state, a flat blank substrate made of a synthetic resin and having a thickness of about 0.5 mm and a surface roughness Ra of 0.005 μm is placed on the
この位置において、エアシリンダー部５１内に適当な低圧のエアーを入れておくことで、ブランク基板は、外形（外径）抜きパンチ２０とスタンパー５５とで挟み込まれる。この状態で、ブランク基板が打ち抜き工程に適切な温度に昇温するまで、所定時間保持する（昇温工程）。
At this position, the blank substrate is sandwiched between the outer shape (outer diameter) punching
ブランク基板が昇温するのに必要な所定時間保持した（昇温工程）後、上ラムをさらに下降させて、図２に示すように下死点まで下げる。これにより、ブランク基板は、外形（外径）抜きパンチ２０と外形（外径）抜きダイ５０とで所定の外形（外径）形状に打ち抜かれる（打ち抜き工程）。このとき、外形（外径）抜きパンチ２０の上面にあって打ち抜かれる基板（打ち抜き基板）に対し、ストリッパー２５と外形（外径）抜きダイ５０との間にある周囲の基板（外側基板）が下降していく。
After the blank substrate is held for a predetermined time required to raise the temperature (temperature raising step), the upper ram is further lowered to lower the bottom dead center as shown in FIG. Accordingly, the blank substrate is punched into a predetermined outer shape (outer diameter) shape by the outer shape (outer diameter) punch 20 and the outer shape (outer diameter) punching die 50 (punching step). At this time, the peripheral substrate (outer substrate) between the
上ラムによるプレス位置をこの下死点位置に保持する（図９参照）。この位置で、エアシリンダー部５１の内圧を適当に上げ、スタンパー５５の面積に対し２〜３ＭＰａの加圧力になるように調節する。これにより、スタンパー５５に施した微細な凹凸模様が打ち抜き基板へインプリントされる工程（転写工程）に入る。インプリント（転写工程）には、使用する樹脂や微細な凹凸模様により５秒から２４０秒程の時間を要する。
The press position by the upper ram is held at this bottom dead center position (see FIG. 9). At this position, the internal pressure of the
なお、エアシリンダー部５１内のエアー圧力は、上記のように、昇温工程および打ち抜き工程における低圧から、転写工程における高圧に切り換える方法に限定されない。すなわち、所定の高圧でも打ち抜きに支障がなければ、打ち抜き工程から、スタンパー５５の面積に対し２〜３ＭＰａの加圧力のまま一定にしておいてもよい。
Note that the air pressure in the
この場合、昇温工程では、低圧にしておくこともできるし、圧力を加えずに、ピストン５６の自重により、スタンパー５５と外形（外径）抜きパンチ２０とでブランク基板を挟み込み状態にすることもできる。
In this case, in the temperature raising step, the pressure can be kept low, or the blank substrate is sandwiched between the
インプリント（転写工程）完了後、外形（外径）抜きパンチ２０およびピストン５６に備えるヒーターの通電を切り、外形（外径）抜きパンチ２０とピストン５６の温度をガラス転移温度−５〜−４０℃付近に下げる冷却工程に入る。このとき、エアシリンダー部５１内のエアー圧力は、適宜、低圧に切り換えても良い。
After the imprint (transfer process) is completed, the heaters provided in the outer shape (outer diameter) punch 20 and the
また、冷却工程では、スタンパー５５及びピストン５６など、スタンパー５５周辺の金型部品と成形基板（打ち抜き・転写基板）は、加工時間短縮のために、Ｎ２等の冷却用気体を用いて、強制的に冷却することが望ましい。
In the cooling process, the mold parts and the molded substrate (punching / transfer substrate) around the
外形（外径）抜きパンチ２０およびピストン５６の温度が設定温度まで下がったら、上ラムを上昇させて初期値まで戻す。これにより型開きが行われる（図９参照）。このとき、例えば、ピストン５６およびスタンパー５５と外形（外径）抜きダイ５０との分割面から離型エアーを噴くことで、成形基板およびその周囲の外側基板と上型との離型を促すことが好ましい。同様に、例えば、外形（外径）抜きパンチ２０とストリッパー２５との分割面から離型エアーを噴くことで、成形基板およびその周囲の外側基板と下型との離型を促すことが好ましい。
When the temperature of the outer shape (outer diameter) punch 20 and the
また、外形（外径）抜きパンチ２０の外径と外形（外径）抜きダイ５０の内径とのクリアランスが微小であるため、型開時にストリッパー２５が付勢により復帰するのにともない、所定の形状に打ち抜かれた打ち抜き基板（成形基板）が、ブランク基板の残余の部分（外側基板）の打ち抜き孔に自動的に挿入される。これにより、成形基板と外側基板とが、実質的に一体となって取り出される（基板離型工程）。図９に、上述した、金型の型作動工程に基づく各工程のタイミングチャートの一例を示す。
In addition, since the clearance between the outer diameter of the outer shape (outer diameter) punch 20 and the inner diameter of the outer shape (outer diameter) punching die 50 is very small, the
以上のように、ブランク基板を押え込みながら型作動工程中にインプリント工程に入ることで、微細な凹凸模様を、所定の打ち抜き形状に対し位置決めされた箇所に転写したインプリント成形基板を作成することができる。 As described above, an imprint molding substrate in which a fine uneven pattern is transferred to a position positioned with respect to a predetermined punching shape by entering an imprint process during a mold operation process while pressing a blank substrate is created. Can do.
なお、スタンパー５５の下面に微細凹凸加工を施しているが、例えば、外形（外径）抜きパンチ２０の上端面にも同様の微細凹凸加工を施しておくことができる。このようにすれば、表裏両面に微細凹凸のインプリントが形成された成形基板を製作することも可能である。
In addition, although the fine unevenness | corrugation processing is given to the lower surface of the
また、エアシリンダー部５１にエアーを供給することでインプリント時の加圧ができるように構成したが、例えば、プレス装置の上ラム側から連結ピン等でピストン位置を制御する構造にして、これによりインプリント時の加圧を実現するようにしてもよい。
In addition, the
また、この実施形態では、上ラム位置が下死点に到達したとき、つまり打ち抜き工程後に、インプリント工程（転写工程）に入る手順をとったが、これに限定されない。ブランク基板の材質に応じて、例えば、上ラムの位置が保持値にあって昇温工程後にインプリント工程（転写工程）に入り、その後上ラムを下死点に下げ、ブランク基板を所定の外形（外径）形状に打ち抜き（打ち抜き工程）、最後に冷却工程に入る手順をとってもよい。 In this embodiment, the procedure for entering the imprint process (transfer process) is taken when the upper ram position reaches the bottom dead center, that is, after the punching process. However, the present invention is not limited to this. Depending on the material of the blank substrate, for example, the upper ram position is at the hold value and the imprint process (transfer process) starts after the temperature raising process, and then the upper ram is lowered to the bottom dead center, It is also possible to take a procedure of punching into an (outer diameter) shape (punching process) and finally entering a cooling process.
図３〜図７は、この発明による微細加工方法に用いる金型（インプリント金型）の他の実施形態を示す要部を断面にした概略図である。この金型（インプリント金型）１１０は、全体としては図１、図２に示す金型（インプリント金型）１０とほぼ同様のものであるので、同様の部分には図１、図２で用いた符号に１００を加えた符号を付けて示し、重複する説明は省略する。 3-7 is the schematic which made the principal part the cross section which shows other embodiment of the metal mold | die (imprint metal mold | die) used for the microfabrication method by this invention in cross section. The mold (imprint mold) 110 is generally the same as the mold (imprint mold) 10 shown in FIGS. 1 and 2 as a whole. A reference numeral added with 100 is added to the reference numeral used in FIG.
この金型（インプリント金型）１１０は、外形（外径）のみならず内形（内径）も同心で打ち抜く点が、図１、図２に示す金型（インプリント金型）１０と大きく異なる。そのため、上型は、内形（内径）抜きパンチ１７５を備え、また、下型は、内形（内径）抜き用ダイ孔１４５を備えている。
This mold (imprint mold) 110 is greatly different from the mold (imprint mold) 10 shown in FIGS. 1 and 2 in that not only the outer shape (outer diameter) but also the inner shape (inner diameter) is punched concentrically. Different. Therefore, the upper mold is provided with an inner shape (inner diameter)
すなわち、内形（内径）抜きパンチ１７５は、上ホルダー１６０の中心位置にあけた穴に嵌合し、外形（外径）抜きダイ１５０と同心に位置決めされている。また、内形（内径）抜きパンチ１７５は、上バックプレート１６５で抜き荷重を受けられるようになっている。また、内形（内径）抜きパンチ１７５には、エアシリンダー部１５１のエアーが抜けないようにＯリング１７６が設置される。
That is, the inner shape (inner diameter) punch 175 is fitted into a hole formed at the center position of the
スタンパー１５５の中心には、内形（内径）孔が、内形（内径）抜きパンチ１７５に対し摺動可能な程度の極微小なクリアランス（片側３μｍ以下）で形成されている。スタンパー１５５の片側の表面（図３では下面）には、この内形（内径）孔に対して同心に微細な凹凸模様が円周上に加工されている。ピストン１５６の中央部にも、内形（内径）抜きパンチ１７５の逃げ孔が形成されている。
In the center of the
内形（内径）抜き用ダイ孔１４５は、外形（外径）抜きパンチ１２０の中心位置に形成されている。そして、図５に示すように、内形（内径）抜きパンチ１７５のパンチ径に対して均一な抜きクリアランスを保ちながら進入していく構造となっている。
The inner shape (inner diameter) punching
次に、上記のように構成された金型（インプリント金型）１１０を用いてこの発明による微細加工方法を行う場合の、小径のディスク用基板やロータリーエンコーダ用基板へのインプリントの実施形態について説明する。 Next, an embodiment of imprinting onto a small-diameter disk substrate or rotary encoder substrate when the fine processing method according to the present invention is performed using the mold (imprint mold) 110 configured as described above. Will be described.
まず、外形（外径）抜きパンチ１２０およびピストン１５６に備えるヒーターに通電して、外形（外径）抜きパンチ１２０、ピストン１５６およびスタンパー１５５を、１６０℃付近に設定する。
First, the heaters provided in the outer shape (outer diameter) punch 120 and the
この状態で、ポリカーボネート樹脂から成る所定の厚さで表面粗さが０．００２μｍの平板状のブランク基板を、ストリッパー１２５の上に載せる（図３参照）。そして、プレス装置の上ラムを所定量下降させて、ブランク基板をストリッパー１２５と外形（外径）抜きダイ１５０とで挟み込み、さらにストリッパー１２５の上面が外形（外径）抜きパンチ１２０の上面に一致するまで押し込む（図４参照）。このときのプレス装置の上ラムの位置を保持値とする（図９参照）。
In this state, a flat blank substrate made of polycarbonate resin and having a surface roughness of 0.002 μm is placed on the stripper 125 (see FIG. 3). Then, the upper ram of the press device is lowered by a predetermined amount, the blank substrate is sandwiched between the
この位置で、ブランク基板が打ち抜き工程に適切な温度（１５０℃付近）に昇温するまで、所定時間保持した後、上ラムをさらに下降させて、図５に示すように下死点まで下げる。これにより、ブランク基板は、外形（外径）抜きパンチ１２０と外形（外径）抜きダイ１５０とで所定の外形（外径）形状に打ち抜かれるとともに、内形（内径）抜きパンチ１７５と内形（内径）抜き用ダイ孔１４５とで所定の内形（内径）形状に打ち抜かれる。このとき、ブランク基板の内形（内径）を打ち抜いたカスは、内形（内径）抜き用ダイ孔１４５から下に落ちていく。
At this position, the blank substrate is held for a predetermined time until the temperature rises to a temperature suitable for the punching process (around 150 ° C.), and then the upper ram is further lowered to lower the bottom dead center as shown in FIG. As a result, the blank substrate is punched into a predetermined outer shape (outer diameter) by the outer shape (outer diameter) punch 120 and the outer shape (outer diameter) punching
上ラムによるプレス位置をこの下死点位置に保持する（図５参照）。この位置で、エアシリンダー部１５１の内圧を適当に上げ、スタンパー１５５の面積に対し２．５ＭＰａの加圧力がかかるように調節する。これにより、スタンパー１５５に施した微細な凹凸模様が成形基板へインプリントされる工程（転写工程）に入る。インプリント（転写工程）には、５０秒程の時間を要する。
The press position by the upper ram is held at this bottom dead center position (see FIG. 5). At this position, the internal pressure of the
インプリント（転写工程）完了後、外形（外径）抜きパンチ１２０およびピストン１５６に備えるヒーターの通電を切り、外形（外径）抜きパンチ１２０およびピストン１５６の温度を１４０℃付近に下げる冷却工程に入る。外形（外径）抜きパンチ１２０およびピストン１５６の温度が設定温度まで下がったら、上ラムを上昇させて初期値まで戻す。
After the imprint (transfer process) is completed, the heater provided to the outer shape (outer diameter) punch 120 and the
この型開き時に、打ち抜かれた成形基板は、ピストン１５６の圧力によりスタンパー１５５を介して外形（外径）抜きパンチ１２０の上面に押し付けられる。同時に、成形基板の外周に位置する外側基板は、ストリッパー１２５のバネ力により押し上げられる。外形（外径）抜きパンチ１２０の外径と外形（外径）抜きダイ１５０の内径とのクリアランスが微小であるため、成形基板は、外側基板の打ち抜き孔内に再び挿入される（図６参照）。
At the time of opening the mold, the punched molded substrate is pressed against the upper surface of the outer shape (outer diameter) punch 120 via the
この状態の基板は外周側から先に冷却が進むため、成形基板の外周は、外側基板の打ち抜き孔に締め付けられるように保持され一体の状態になる。この基板（成形基板および外側基板）は機械的に離型することができる（基板離型工程）。そのため、成形基板も外側基板と一体にスタンパー１５５から機械的に剥がされることになり（図７参照）、スタンパー１５５に離型剤等の処理を施す必要がなくなる大きな利点がある。
Since the substrate in this state is cooled first from the outer peripheral side, the outer periphery of the molded substrate is held so as to be fastened to the punched hole of the outer substrate, and becomes an integrated state. This substrate (molded substrate and outer substrate) can be mechanically released (substrate release step). Therefore, the molded substrate is also mechanically peeled off from the
外側基板と一体の状態で取り出された成形基板は、一度打ち抜かれているので、その後機械的に外側基板から押し出すことが可能である。 Since the molded substrate taken out integrally with the outer substrate is once punched, it can be mechanically pushed out from the outer substrate.
なお、冷却工程では、加工時間短縮のために、適宜の冷却用気体を用いて強制的に冷却することが望ましい。図８にその一例を示す。すなわち、上型の冷却用気体導入孔１５２から冷却用気体を導入して、ピストン１５６の外周を冷却する。同様に、下型の冷却用気体導入孔１３６から冷却用気体を導入して、外形（外径）抜きパンチ１２０を冷却する。
In the cooling step, it is desirable to forcibly cool using an appropriate cooling gas in order to shorten the processing time. An example is shown in FIG. That is, the cooling gas is introduced from the upper cooling
また、基板離型工程では、適宜の圧縮気体を用いて強制的に離型させることが望ましい。図８にその一例を示す。すなわち、打ち抜き基板（成形基板）が、型開き時にスタンパー１５５の凹凸模様から容易に離型するように、上型の圧縮気体導入孔１５３から圧縮気体（離型気体）を導入して、内形（内径）抜きパンチ１７５とピストン１５６およびスタンパー１５５との分割面から圧縮気体を噴出させる。
In the substrate release step, it is desirable to forcibly release using an appropriate compressed gas. An example is shown in FIG. That is, a compressed gas (release gas) is introduced from the upper mold compressed
同様に、成形基板の外周に位置する外側基板が、型開き時に容易に離型するように、下型の圧縮気体導入孔１２９から圧縮気体（離型気体）を導入して、ストリッパー１２５の基板との接触面から圧縮気体を噴出させる。
Similarly, the substrate of the
さらに、外形（外径）抜きダイ１５０は一体のものでなくてもよい。例えば、外形（外径）抜きパンチ１２０と協働してブランク基板を打ち抜く打ち抜き部と、ストリッパー１２５との間にブランク基板を挟持する挟持部とを兼ねたダイ主要部１５０ａを、それ以外の部分１５０ｂとは別部品として構成する。このような分割ダイは、例えば、打ち抜き部分の磨耗が激しい場合に、それ以外の部分１５０ｂに対してダイ主要部１５０ａを交換することができる。
Furthermore, the outer shape (outer diameter) punching die 150 may not be integral. For example, the die
上記の方法によれば、内形（内径）抜きパンチ１７５に対して、スタンパー１５５の内形（内径）のクリアランス分の最大で片側３μｍしか微細凹凸模様は偏心しないことになり、内形（内径）加工の位置合せなどの必要は無い。しかも、内形（内径）抜きパンチ１７５は、外形（外径）抜きダイ１５０と上ホルダー１６０により同心に位置決めされているため、スタンパー（転写部材）１５５の外形（外径）、内形（内径）とほぼ同じ形状の成形基板が得られ、基板内形（内径）に対して基板外形（外径）も偏心のない成形基板を得ることができる。
According to the above method, the fine uneven pattern is eccentric only by 3 μm on one side at the maximum with respect to the clearance of the inner shape (inner diameter) of the
このような偏心のない成形基板は、例えば、ロータリーエンコーダのように、内径を基準に高速で回転させるような製品の場合に、回転時のブレが発生しないため特に有効である。 Such a molded substrate having no eccentricity is particularly effective in the case of a product that rotates at high speed with reference to the inner diameter, such as a rotary encoder, because no blurring occurs during rotation.
図１０は、このようにして得られた小径のディスク用基板１の斜視図である。また、図１１は、同様にして得られたロータリーエンコーダ用基板２の斜視図である。いずれも、内径部の微細な凹凸模様に対する偏心は３μｍ以下であった。
FIG. 10 is a perspective view of the small-
１ ディスク用基板
２ ロータリーエンコーダ用基板
１０，１１０ 金型（インプリント金型）
２０，１２０ 外形（外径）抜きパンチ
２５，１２５ ストリッパー
２６，１２６ ストリッパーカラー
２７，１２７ ストリッパー用バネ
２８，１２８ バネ押えプレート
１２９ 下型の圧縮気体（離型気体）導入孔
３０，１３０ 下ホルダー
３５，１３５ 下バックプレート
１３６ 下型の冷却用気体導入孔
４０，１４０ ガイドブッシュ
１４５ 内形（内径）抜き用ダイ孔
５０，１５０ 外形（外径）抜きダイ
５１，１５１ エアシリンダー部
１５２ 上型の冷却用気体導入孔
１５３ 上型の圧縮気体（離型気体）導入孔
５５，１５５ スタンパー
５６，１５６ ピストン（加圧部材）
５７，１５７ Ｏリング
６０，１６０ 上ホルダー
６１，１６１ エア供給口
６５，１６５ 上バックプレート
７０，１７０ ガイドポスト
１７５ 内形（内径）抜きパンチ
１７６ Ｏリング
1 Disc substrate 2
20, 120 Outer (outer diameter)
57,157 O-ring 60,160 Upper holder 61,161 Air supply port 65,165 Upper back plate 70,170
Claims (25)
表面に凹凸模様が形成された転写部材または前記被加工物の少なくとも一方が加熱により昇温した状態で、前記転写部材の凹凸模様を前記被加工物の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程を行うことを特徴とする微細加工方法。 During the mold operation process until the mold for punching a flat plate-like workpiece having a smooth resin surface on at least one side returns to the initial position from the initial position through the punching position,
In a state where at least one of the transfer member having a concavo-convex pattern formed on the surface or the workpiece is heated by heating, the concavo-convex pattern of the transfer member is pressed against the resin surface of the workpiece, A fine processing method, comprising performing a transfer step of transferring a pattern to a position positioned with respect to the predetermined punching shape.
表面に凹凸模様が形成された転写部材または前記被加工物の少なくとも一方を加熱により昇温させる昇温工程、
前記被加工物を所定の形状に打ち抜く打ち抜き工程、
前記転写部材の凹凸模様を前記被加工物の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程、および
前記凹凸模様が前記位置決めされた所に転写された前記被加工物を冷却する冷却工程、
を実行することを特徴とする微細加工方法。 During the mold operation process until the mold for punching a flat plate-shaped workpiece having a smooth resin surface on at least one side returns to the initial position from the initial position through the punching position,
A temperature raising step of raising the temperature of at least one of the transfer member having the concavo-convex pattern formed thereon or the workpiece by heating,
Punching process for punching the workpiece into a predetermined shape,
A transfer step of pressing the concavo-convex pattern of the transfer member against the resin surface of the workpiece and transferring the concavo-convex pattern to a position positioned with respect to the predetermined punching shape; and the concavo-convex pattern is the positioning A cooling step of cooling the workpiece transferred to the place
A fine processing method characterized in that
パンチ側ホルダーに固定されたパンチと、
前記パンチを通す孔を有し、かつ、前記パンチの先端面より突出した位置を基準として、これより押し込まれたとき復帰するように付勢されたストリッパーとを備え、
他方が、
ダイ側ホルダーに固定されたダイであって、少なくとも片面に平滑な樹脂面を備え、かつ、両型間に置かれる被加工基板を、プレス装置のラムが型閉方向に駆動することにより、前記ストリッパーとの間に挟持し、さらに前記パンチと協働して前記被加工基板を打ち抜くダイと、
前記ダイの内側空間に配置され、表面に凹凸模様が形成された転写部材を先端に備え、前記凹凸模様を前記被加工基板の前記樹脂面に対し加圧可能な加圧部材とを備えた金型を用いて、微細加工を行う方法であって、
前記パンチとダイが初期位置から前記挟持する挟持位置さらに前記打ち抜く打ち抜き位置を経て初期位置に戻るまでの型作動工程中に、
前記上型または下型の少なくとも一方を加熱することで前記転写部材または前記被加工基板の少なくとも一方を昇温させる昇温工程、
前記被加工基板を所定の形状に打ち抜く打ち抜き工程、
前記転写部材の凹凸模様を前記被加工基板の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程、および
前記凹凸模様が前記位置決めされた所に転写された前記被加工基板を冷却する冷却工程、
を実行することを特徴とする微細加工方法。 Either the upper mold or the lower mold, at least one of which can be heated,
A punch fixed to the punch side holder,
A stripper that has a hole through which the punch passes and is biased so as to return when pressed from a position protruding from the tip surface of the punch,
The other is
A die fixed to a die-side holder, provided with a smooth resin surface on at least one side, and a substrate to be processed placed between both dies, when the ram of the press device is driven in the mold closing direction, A die which is sandwiched between a stripper and punches the substrate to be processed in cooperation with the punch;
Gold provided with a transfer member disposed at the inner space of the die and having a concavo-convex pattern formed on the surface thereof, and a pressing member capable of pressing the concavo-convex pattern against the resin surface of the substrate to be processed A method for performing microfabrication using a mold,
During the mold operation process until the punch and die return from the initial position to the initial position through the clamping position and the punching position for punching,
A temperature raising step of raising the temperature of at least one of the transfer member or the substrate to be processed by heating at least one of the upper die or the lower die;
A punching process for punching the substrate to be processed into a predetermined shape;
A transfer step of pressing the concavo-convex pattern of the transfer member against the resin surface of the substrate to be processed, and transferring the concavo-convex pattern to a position positioned with respect to the predetermined punching shape; and the concavo-convex pattern is the positioning A cooling step of cooling the substrate to be processed transferred to the place,
A fine processing method characterized in that
パンチ側ホルダーに固定された外形抜きパンチと、
前記外形抜きパンチを通す孔を有し、かつ、前記外形抜きパンチの先端面より突出した位置を基準として、これより押し込まれたとき復帰するように付勢されたストリッパーとを備え、
他方が、
ダイ側ホルダーに固定されたダイであって、少なくとも片面に平滑な樹脂面を備え、かつ、両型間に置かれる被加工基板を、プレス装置のラムが型閉方向に駆動することにより、前記ストリッパーとの間に挟持し、さらに前記外形抜きパンチと協働して前記被加工基板を打ち抜く外形抜きダイと、
前記ダイ側ホルダーに前記外形抜きダイと同心に固定され、前記外形抜きパンチの中心位置に形成されている内形抜き用ダイ孔と協働して前記被加工基板を打ち抜く内形抜きパンチと、
前記外形抜きダイの内側空間に前記内形抜きパンチを避けて配置され、表面に凹凸模様が形成された転写部材を先端に備え、前記凹凸模様を前記被加工基板の前記樹脂面に対し加圧可能な加圧部材とを備えた金型を用いて、微細加工を行う方法であって、
前記外形抜きパンチと前記外形抜きダイおよび内形抜きパンチとが初期位置から前記挟持する挟持位置さらに前記打ち抜く打ち抜き位置を経て初期位置に戻るまでの型作動工程中に、
前記上型または下型の少なくとも一方を加熱することで前記転写部材または前記被加工基板の少なくとも一方を昇温させる昇温工程、
前記被加工基板を所定の形状に打ち抜く打ち抜き工程、
前記転写部材の凹凸模様を前記被加工基板の前記樹脂面に対し加圧して、前記凹凸模様を前記所定の打ち抜き形状に対して位置決めされた所に転写する転写工程、および
前記凹凸模様が前記位置決めされた所に転写された前記被加工基板を冷却する冷却工程、
を実行することを特徴とする微細加工方法。 Either the upper mold or the lower mold, at least one of which can be heated,
An outline punch fixed to the punch side holder,
A stripper that has a hole through which the outer punch is passed, and is biased so as to return when it is pushed in with respect to a position protruding from the tip surface of the outer punch,
The other is
A die fixed to a die-side holder, provided with a smooth resin surface on at least one side, and a substrate to be processed placed between both dies, when the ram of the press device is driven in the mold closing direction, An outer die that is sandwiched between a stripper and punches the workpiece substrate in cooperation with the outer punch;
An inner die punch that is fixed to the die side holder concentrically with the outer die, and punches the workpiece substrate in cooperation with an inner die punching hole formed at the center position of the outer punch,
A transfer member that is arranged in the inner space of the outer shape punch die so as to avoid the inner shape punch and is provided with a concavo-convex pattern on the surface thereof, and the concavo-convex pattern is pressed against the resin surface of the substrate to be processed A method of performing microfabrication using a mold provided with a possible pressure member,
During the mold operation process until the outer punch, the outer die and the inner punch are returned from the initial position to the initial position through the punching position and the punching position for punching,
A temperature raising step of raising the temperature of at least one of the transfer member or the substrate to be processed by heating at least one of the upper die or the lower die;
A punching process for punching the substrate to be processed into a predetermined shape;
A transfer step of pressing the concavo-convex pattern of the transfer member against the resin surface of the substrate to be processed, and transferring the concavo-convex pattern to a position positioned with respect to the predetermined punching shape; and the concavo-convex pattern is the positioning A cooling step of cooling the substrate to be processed transferred to the place,
A fine processing method characterized in that
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-
2007
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