JP5061269B2

JP5061269B2 - 成形用スタンパおよび成形装置

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Publication number: JP5061269B2
Application number: JP2006242182A
Authority: JP
Inventors: 健古桑; 伸松田; 秀俊小寺
Original assignee: Kyocera Corp; Kyoto University
Current assignee: Kyocera Corp; Kyoto University
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: JP2008062484A

Description

本発明は、熱可塑性樹脂などの被成形体を成形するための成形用スタンパおよび前記成形用スタンパを備える成形装置に関する。

近年、科学およびバイオの技術分野では、化学反応、生化学反応および試料を分析するためのシステムを、より小型化したマイクロ化学システムが研究されている。このマイクロ化学システムは、たとえば従来のシステムに比べて微細に加工されたマイクロ流路内で化学反応を起こさせたり、試料の分析を行う。これによって試料の単位面積当たりの反応面積を増大させ、試料の反応が完了する時間を大幅に削減することができる。またマイクロ流路内を流れる流体の流量を精密に制御することができ、化学反応および試料の分析を効率的に行うことができる。このようなマイクロ化学システムにおける化学反応および試料の分析は、マイクロ流路、マイクロポンプおよびマイクロリアクタが形成されるマイクロ化学チップと呼ばれるチップにおいて行われている。

このような高精度で微細なマイクロ化学チップを民生用に広げるために、マイクロ化学チップが量産可能な製造装置を開発し、量産に伴うマイクロ化学チップの低コスト化を図っている。量産化するための技術として、たとえばスタンパを用いて、樹脂およびガラスなどの被成形体に数十〜数百μｍの突起などの構造物を転写成形し、マイクロ流路を形成する成形方法が試みられている。

図９は、従来の技術の成形装置１を示す正面断面図である。成形装置１は、スタンパ２を用いて、ホットエンボス法で被成形体３にマイクロ流路を転写成形するための装置である。成形装置１は、スタンパ２と、スタンパ２を被成形体３に押圧させる押圧手段４と、スタンパ２を加熱する加熱手段５とを有する。スタンパ２などの型は、その表面部がフォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状に加工されているシリコン基板が用いられる。スタンパ２は押圧手段４の基台６に設けられている。被成形体３には、ＰＭＭＡなどの感光性樹脂をレジストに用いる場合、ガラスなどが用いられる。

特開２００４−２８８８４５号公報特開２００４− ７１５８７号公報特開２００４−１６０６４７号公報

従来の技術の成形装置１を用いたホットエンボス法は、加熱されているスタンパ２を高い圧力で被成形体に押圧することによって行われるので、スタンパ２を加熱する加熱手段５が押圧手段４内、具体的には基台６内に設けられている。基台６内に加熱手段５が設けられているので、押圧手段４を介して放熱される点、および基台６を介してスタンパ２を加熱するという点で熱損失が大きく、スタンパ２を効率よく加熱することができず、熱効率が低い。また熱効率を向上させるために成形装置１を断熱すると、断熱構造が必要となり装置全体が大型化してしまう。

本発明の目的は、熱効率が大きい成形用スタンパおよび成形装置を提供することである。

本発明は、被成形体を成形する側の表面部が凹凸状に形成される基体と、
前記基体に配設される発熱抵抗体とを含み、
前記基体に、前記発熱抵抗体に電気的に接続され、電磁波を受けて起電力を発生する起電力発生回路が配設されていることを特徴とする成形用スタンパである。

また本発明は、前記発熱抵抗体は、前記基体の内部に配設されていることを特徴とする。

また本発明は、前記発熱抵抗体は、前記表面部の凸状部に設けられていることを特徴とする。

また本発明は、前記基体がセラミックスから成ることを特徴とする。
また本発明は、前記基体と前記発熱抵抗体とが一体的に焼結されて成ることを特徴とする。

また本発明は、前述の成形用スタンパと、
前記成形用スタンパを被成形体に押圧する押圧手段と、
前記発熱抵抗体に電力を供給するための電力供給手段とを含むことを特徴とする成形装置である。
また本発明は、前記電力供給手段は、電磁波を発生して、前記起電力発生回路に電磁波を放射する電磁波発生手段であることを特徴とする。

また本発明は、前記成形用スタンパの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度に応じて、前記発熱抵抗体に供給される供給電力を制御するための電力制御手段とをさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、基体に発熱抵抗体が配設されているので、基体が直接的に加熱される。基体を直接的に加熱するので、基体以外の構成に伝達する熱を抑制でき、熱損失を小さくすることができる。また基体を直接的に加熱するので、外部に熱が逃げることを防ぐための断熱手段を設けずとも熱損失が小さい。したがって断熱手段を設ける必要がなく、部品点数を削減でき、構成を簡単化することができる。また基体に熱源である発熱抵抗体が設けられるので、熱源が被成形体に近く、従来の技術の成形装置より小さい電流で、基体の表面部が被成形体を成形するために必要な温度に達する。
また、基体に配設される起電力発生回路に向かって電磁波を放射すると、起電力発生回路が電磁波を受け起電力が発生する。これによって発熱抵抗体に電力が供給され、発熱抵抗体が発熱し、基体の温度を上昇させることができる。起電力発生回路を用いることによって、電源と発熱抵抗体とを電気的に接続する必要がなく、外部配線を省略することができる。

本発明によれば、発熱抵抗体が基体の内部に配設されるので、発熱抵抗体が被成形体に直接接触することがない。これによって発熱抵抗体の損傷を防止することができ、発熱抵抗体が断線して成形用スタンパが使用不能になることを防止できる。さらに発熱抵抗体が外部に露出していないので、発熱抵抗体の腐蝕も防止することができる。このように発熱抵抗体を基体内部に配設することによって、損傷および腐蝕から発熱抵抗体を保護することができる。

本発明によれば、発熱抵抗体が表面部の凸状部に設けられている。被成形体を成形するとき、成形用スタンパを被成形体に押圧することによって、成形用スタンパの凸状部が被成形体の表面部を変形させ、被成形体が成形される。凸状部に発熱抵抗体が設けられるため、熱損失が小さく、被成形体を成形するための所望の温度への昇温を、より小さい電流で達成することができ、結果として熱効率を向上させることができる。

本発明によれば、基体がセラミックから成る。これによって発熱抵抗体との一体性を高めることができる。また基体がセラミックから成るので、耐摩耗性、耐腐蝕性および耐熱性が高く、破損や腐蝕、熱による変形が抑制され、利便性の高い成形用スタンパを実現することができる。これによって、成形用スタンパによって成形が繰返し行われても基体が損傷することがなく、また基体の加熱および冷却が繰返し行われても、基体が熱応力などで破損することがない。

本発明によれば、基体と発熱抵抗体とが一体的に焼結されているので、被成形体を繰返し成形するときの熱応力に起因する基体からの発熱抵抗体の剥離を抑制できる。

本発明によれば、電力供給手段によって発熱抵抗体に電力を供給し、基体の温度を上昇させた状態で、押圧手段によって成形用スタンパを被成形体に押圧することによって、被成形体を成形することができる。
本発明によれば、電力供給手段である電磁波発生手段によって起電力発生回路に電磁波を放射すると、起電力発生回路で起電力が発生し、発熱抵抗体に電力が供給される。これによって発熱抵抗体が発熱して基体の温度を上昇させる。このように基体の温度が上昇した状態で、押圧手段によって成形用スタンパにより被成形体を押圧することによって、被成形体を成形することができる。

本発明によれば、温度検出手段によって成形用スタンパの温度が検出され、電力制御手段によって、検出された温度に応じて発熱抵抗体に供給される供給電力が調整される。成形装置毎または成形品のロッドを成形する毎に成形用スタンパの温度にばらつきがある場合、各成形品の寸法にばらつきが生じ、加工精度のよい成形品が得られない。成形用スタンパの温度に応じて供給電力を調整することができるので、成形装置毎または成形品のロッドを成形する毎に成形用スタンパの温度がばらつくことを抑制でき、成形品の寸法のばらつきを抑制し、加工精度のよい成形品を成形することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。また実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図１は、実施の第１の形態の成形用スタンパ１０を含む成形装置１１を示す正面断面図である。図２は、成形用スタンパ１０を示す斜視図である。図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩで切断して見た成形用スタンパ１０を示す断面図である。図４は、図３の切断面線ＩＶ−ＩＶで切断して見た成形用スタンパ１０を示す断面図である。成形装置１１は、成形用スタンパ１０を備え、成形用スタンパ１０を被成形体１２に押圧して、被成形体３の表面部を成形するための型である。本実施の形態では、成形装置１１は、ナノプリント法で被成形体３の表面部に微細構造を成形可能な装置であり、成形スタンパ１０を被成形体３に押圧することによって前記微細構造、たとえばマイクロ化学チップを形成する装置である。ただし成形装置１１は、ナノインプリント法で成形可能なものに限定されず、成形用スタンパ１０を押圧して被成形体３を成形する装置であればよい。たとえばハンコおよびスタンパのマスタを成形する装置であってもよい。成形装置１１は、ステージ１３と、プレス手段１４と、成形用スタンパ１０と、温度制御手段１５と、筐体１６とを含む。ステージ１３と、プレス手段１４と、成形用スタンパ１０と、温度制御手段１５とは、筐体１６内に配設される。

ステージ１３は、被成形体である被成形体１２を載置するための台である。ステージ１３は、扁平状の平板であり、たとえばＳＵＳ４０３等の金属材料から成り、被成形体１２を保持する機構を有するとともに、種々の方向（図１のＺ方向およびこれに直交する平面上の方向）に対して移動可能になしており、被成形体１２の位置を精密に制御する事ができる。被成形体１２は、たとえば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂とこれらの材料を混合して成る混合材料または無機材料と樹脂材料の混合物から成る。具体的には、アクリル樹脂、セラミックスと樹脂の混合体であるセラミックグリーンシートまたはガラスである。

押圧手段であるプレス手段１４は、プレス駆動部１７と基台１８とを有する。プレス駆動部１７は、筐体１６に設けられている。プレス駆動部１７は、基台１８が設けられ、基台１８を上下方向Ｚ（以下、「Ｚ方向」という場合がある）に変位駆動するように構成されている。基台１８は、たとえばＳＵＳ４０３から成り、成形用スタンパ１０を装着可能に構成されている。

成形用スタンパ１０は、基体１９と発熱抵抗体２０を含む。基体１９は、セラミック、本実施の形態ではアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）から成り、大略的に直方体状に形成され、その主面部２１に凹凸状に形成されている。具体的には、基体１９は、基体本体２２の表面部２３に１または複数の凸状部２４が形成されている。本実施の形態では、基体の厚み方向である第１方向Ａ１（以下、「Ａ１方向」という場合がある）に垂直な第２方向Ａ２（以下、「Ａ２方向」という場合がある）に延びる４つの凸状部２４が等間隔で形成されている。ただし凸状部２４は、このような形状に限定されず、被成形体１２に形成すべき凹部に応じてその形状が変更され、また凸状でなく突起であってもよい。基体１９は、Ａ１方向とＺ方向とが一致するようにプレス手段１４の基台１８に装着されている。基体１９の内部には、発熱抵抗体２０が形成されている。

発熱抵抗体２０は、たとえばタングステンおよびセラミックの混合材料から成る高抵抗の抵抗体であり、電流が流れると発熱する抵抗体である。本実施の形態では、発熱抵抗体２０は、基体１９の第３方向Ａ３（以下、「Ａ３方向」という場合がある）の一端部から他端部に向かって、連続パルス波形状に蛇行するように配設されている。Ａ３方向は、Ａ１方向およびＡ２方向に垂直な方向である。ただし発熱抵抗体２０は、このような形状に配設されるものに限定されない。このようにして配設される発熱抵抗体２０の一端部２０ａおよび他端部２０ｂには、各端部２０ａ，２０ｂから基体１９の側面部２６、具体的には主面部２１に垂直な表面部２６に延びる給電配線２５が形成されている。給電配線２５は、導電性材料、例えばタングステンを含むメタライズ層などから成り、発熱抵抗体２０に電気的に接続され、側面部２６で外方に向かって露出している。具体的には、給電配線２５は、切立ち部２５ａと水平部２５ｂとを有する。切立ち部２５ａは、発熱抵抗体２０の各端部２０ａ，２０ｂからＡ１方向に立ち上がるように形成される、水平部２５ｂは、切立ち部２５ａの端部から基体１９の側面部２６に向かって、本実施の形態ではＡ２方向に延びるように形成され、その端部が前記側面部２６から外方に露出している。

プレス手段１４の基台１８には、導電性材料から成る給電配線３８が設けられている。本実施の形態では、給電配線３８は、基台１８の外部に配設されている。給電配線３８は、成形用スタンパ１０の基体１９が基台１８に装着されている状態で、成形用スタンパ１０の各給電配線２５の水平部２５ｂに電気的にそれぞれ接続されている。さらに配線３８は、温度制御手段１５に電気的に接続されている。

温度検出手段であり電力供給手段である温度制御手段１５は、配線３８に電気的に接続され、図示しない電源に電気的に接続されている。温度制御手段１５は、成形用スタンパ１０の温度を検出し、この検出結果に応じて発熱抵抗体２０に印加する電圧を制御し、成形用スタンパ１０の温度を制御する機能を有する。具体的には、温度制御手段１５は、発熱抵抗体２０がタングステンとセラミックとの混合材料から成るので、発熱抵抗体２０のＴＣＲ抵抗温度特性を利用して発熱抵抗体２０の温度を演算し、この演算結果に基づいて発熱抵抗体２０に印加する電圧を制御し、成形用スタンパ１０の温度制御を行っている。

またステージ１３は、載置される被成形体１２の成形すべき表面部である加工面部４０が、プレス手段１４が成形用スタンパ１０を駆動する方向、本実施の形態ではＺ方向に垂直になるように、被成形体１２を載置する載置面部が形成さている。

図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、成形用スタンパ１０を形成する手順を示す図である。以下に、このように構成される成形用スタンパ１０の形成方法について説明する。成形スタンパ１０は、第１〜第３層状体２７，２８，２９を積層し、この積層体３０に大きな圧力を印加しつつ焼結することによって、形成される。本実施の形態では、３つの層状体２７，２８，２９の場合について説明するが、複数の層状体を積層して焼結することによって、成形スタンパ１０を形成してもよい。以下、具体的な成形用スタンパ１０の製造方法について説明する。

まず第１層状体２７を形成する工程について説明する。ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）から成るシート３２上に導体ペーストを付着させて発熱抵抗体２０を形成する（図５Ａ（ａ）参照）。具体的には、スクリーン印刷法などによって、シート３２上に導体ペーストを付着させて連続パルス波形状の発熱抵抗体２０を形成する。導体ペーストは、導電性材料、有機バインダおよび有機溶剤とが含まれる。たとえば導電性材料には、タングステン（Ｗ）が用いられ、有機バインダには、アクリル樹脂、エチルセルロースまたは、メチルセルロースなどが用いられ、有機溶剤には、テルピネオール、ジブチルフタレート（Ｄ．Ｂ．Ｐ．）などが用いられる。ただしこのような材料に限定するものではない。

セラミック粉末、有機バインダおよび溶剤などを混合したセラミックスラリーをシート３２上に塗布して、セラミックグリーンシート（以下、「グリーンシート」という場合がある）３１を形成する（図５Ａ（ｂ）参照）。たとえばセラミック粉末には、Ａｌ２Ｏ３が用いられ、有機バインダには、アクリル樹脂、エチルセルロースまたは、メチルセルロースなどが用いられ、溶剤には、テルピネオール、ジブチルフタレート（Ｄ．Ｂ．Ｐ．）などが用いられる。シート３２にセラミックスラリーを塗布してグリーンシート３１を形成する方法としては、たとえば必要量のセラミックスラリーを供給し、供給部または塗布面を移動することによって一定の厚みの塗布を行うダイコーター法、または一定量のセラミックスラリーを供給し、余分なセラミックスラリーをブレードにより除去し、一定の厚みの塗布を行うドクターブレード法などが用いられる。グリーンシート３１の厚さｄ１は、発熱抵抗体２０の厚みｄ２より厚くなるように形成される。

給電配線２５の切立ち部２５ａを配設するための貫通孔３３を形成する（図５Ａ（ｃ）参照）。貫通孔３３は、グリーンシート３１の厚み方向に貫通し、発熱抵抗体２０の両端部２０ａ，２０ｂが貫通孔３３に露出するように形成される。貫通孔３３は、パンチング加工またはレーザ加工を施すことによって形成される。貫通孔３３を形成後、貫通孔３３には、スクリーン印刷法などによって、給電配線２５の切立ち部２５ａの前駆体である導体ペーストが充填される。このようにしてシート３１上には、第１層状体２７が形成されている（図５Ａ（ｄ）参照）。

次に第２層状体２８を形成する工程について説明する。ＰＥＴから成るシート３４上に有機材料を付着させて有機シート３５を形成する（図５（ｅ）参照）。具体的には、スクリーン印刷法などによって、シート３２上に有機材料を付着させて、一方向に延びる複数の有機シート３５を前記一方向に垂直な方向に等間隔あけて形成した後に乾燥硬化させる。有機材料には、アクリル樹脂が用いられ、有機溶剤には、テルピネオール、ジブチルフタレート（Ｄ．Ｂ．Ｐ．）などが用いられる。ただしこのような材料に限定するものではない。

セラミック粉末、有機バインダおよび溶剤などを混合したセラミックスラリーをシート３４上に塗布して、グリーンシート３６を形成する。シート３４にセラミックスラリーを塗布してグリーンシート３６を形成する方法としては、たとえば上述したダイコーター法やドクターブレード法などが用いられる。グリーンシート３６の厚さｄ３は、有機シートの厚みｄ４より厚くなるように形成されている。このようにしてシート３４上には、第２層状体２８が形成される（図５Ｂ（ｆ）参照）。

次に第３層状体２９を形成する工程について説明する。ＰＥＴから成るシート３６上に導体ペーストを付着させて給電配線２５の水平部２５ｂを形成する（図５Ｂ（ｇ）参照）。具体的には、スクリーン印刷法などによって、シート３６上に導体ペーストを付着させて一方向に延びる２つの給電配線２５の水平部２５ｂを形成する。さらにセラミックスラリーをシート３６上に塗布してグリーンシート３９を形成する。グリーンシート３９の厚さｄ５は、給電配線２５の水平部２５ｂの厚みｄ６より厚くなるように形成される。さらに水平部２５ｂの外部に露出する端部には、腐食を防止するためにニッケル（Ｎｉ）または金（Ａｕ）のめっきが施され、配線３８と電気的に接続される外部端子が形成される。このようにしてシート３６上には、第３層状体２９が形成される（図５Ｂ（ｈ）参照）。

次に積層体３０を焼結して成形用スタンパ１０する工程について説明する。第１層状体２７と第２層状体２８と第３層状体２９を積層し、積層体３０を構成する。積層体３０を構成するとき、発熱抵抗体２０が積層体３０の内部に形成され、有機グリーンシート３５が外方に露出するように、第１および第２層状体２７，２８を積層し、給電配線２５の各切立ち部２５ａが、各水平部２５ｂに電気的に接続されるように第１層状体２８に第３層状体を積層する。具体的には、第２、第１および第３層状体２８，２７，２９の順で積層され、発熱抵抗体２０が有機グリーンシート３５が形成される表面部と反対側の表面部に臨み、発熱抵抗体２０が形成されている側と反対側の表面部に給電配線２５の水平部２５ｂが臨むように配設される。このようにして形成される積層体３０を、プレス装置３７によって、第１および第２層状体２８，２９が積層される方向に挟持するように押圧する（図５Ｃ（ｉ）参照）。押圧後、積層体３０を焼結する。このとき温度が脱バインダ領域に達すると、有機シート３５が燃焼し、積層体３０の表面部が凹凸状に形成される。さらに温度が上昇すると、温度が焼結温度領域に達し、積層体３０が焼きしまり、成形用スタンパ１０が形成される（図５Ｃ（ｊ））。このように焼結することよって主面部２１が凹凸状に形成される成形用スタンパ１０を形成することができる。

図６は、成形装置１１を用いて被成形体１２を成形する手順を示す図である。図６には、成形装置１１のうち成形スタンパ１０だけを図示し、成形スタンパ１０以外の構成については図示を省略する。以下では、成形装置１１を用いて被成形体１２を成形する成形方法について、図１を参照しつつ説明する。ステージ１３に被成形体１２を載置され、温度制御手段１５によって発熱抵抗体２０に電圧を印加し、成形用スタンパ２０の基体１９を加熱する（図６（ａ）参照）。加熱し予め定められる温度に達すると、プレス手段１４によって成形用スタンパ２０をＺ方向に降下させ、成形用スタンパ２０の凸状部２４を被成形体１２の加工面部４０に当接させる。

プレス手段１４によって、成形用スタンパ２０を当接する状態からさらに降下させて、成形用スタンパ１０に被成形体１２を押圧させる。このとき温度制御手段１５は、被成形体１２が成形用スタンパ１０の降下位置に応じて、つまり成形状況に応じて、成形用スタンパ１０の基体１９の温度を制御する。温度制御手段１５は、たとえば成形用スタンパ１０が降下するに従って、基体１９の温度を上昇させるように制御する。さらに成形用スタンパ１０を予め定められる成形位置まで降下させる、たとえば基体本体２２の表面部２３が被成形体１２の加工面部４０に達する位置まで降下させると、プレス手段１４は、成形用スタンパ１０の降下を停止する（図１の２点鎖線および図６（ｂ）参照）。温度制御は
発熱抵抗体２０のＴＣＲ特性を利用して行われる。つまり発熱抵抗体の抵抗値を連続的に測定し、抵抗値にあわせて電流値（または電圧値）を適正な値に制御することで温度を制御する。このように成形用スタンパ１０を成形位置まで降下させると、被成形体１２の成形用スタンパ１０の凸状部２４が押圧される部分に凹部４１が形成され、残余部に凸部４２が形成される。このようにして被成形体１２を成形し、成形品が形成される。

その後、プレス手段１４は、成形用スタンパ１０を予め定められる位置、たとえば初期位置まで上昇させる（図６（ｃ）参照）。このとき温度制御手段１５は、発熱抵抗体２０に対する電圧の印加を停止し、発熱抵抗体２０の発熱を停止する。次の被成形体１２を成形するとき、再度、発熱抵抗体２０に電圧を印加して、発熱抵抗体２０を発熱させて、成形用スタンパ１０を降下させて成形を行う。

以下では、このように構成される成形用スタンパ１０および成形装置１１が奏する効果について説明する。本実施の形態の成形用スタンパ１０によれば、基体１９に発熱抵抗体２０が配設されているので、基体１９が直接的に加熱される。基体１９を直接的に加熱するので、基体１９以外の構成、たとえばプレス駆動部１７および基台１８に伝達する熱を抑制でき、熱損失を小さくすることができる。また基体１９を直接的に加熱するので、外部に熱が逃げることを防ぐための断熱手段を設けずとも熱損失が小さい。したがって断熱手段を設ける必要がなく、部品点数を削減でき、構成を簡単化することができる。また基体１９に熱源である発熱抵抗体２０が設けられるので、熱源が被成形体１２に近く、従来の技術の成形装置１より小さい電流で基体１９の主面部２１が、被成形体１２を成形するために必要な温度に達する。また基体１９を直接的に加熱するので、基台１８などの熱膨張が抑制され、より精密な加工が可能となる。

本実施の形態の成形用スタンパ１０によれば、発熱抵抗体２０が基体１９の内部に配設されるので、発熱抵抗体２０が被成形体１２に直接接触することがない。これによって発熱抵抗体２０の損傷を防止することができ、発熱抵抗体２０が断線して成形用スタンパ１０が使用不能になることを防止できる。さらに発熱抵抗体２０が外部に露出しいていないので、発熱抵抗体２０の腐蝕も防止することができる。このように発熱抵抗体２０を基体１９内部に配設することによって、損傷および腐蝕の点において、発熱抵抗体２０を保護することができる。

本実施の形態の成形装置１１によれば、基体１９がセラミックから成る。これによって発熱抵抗体２０との一体性を高めることができる。また基体１９がセラミックから成るので、耐摩耗性、耐腐蝕性および耐熱性が高く、破損および腐蝕し難く、熱による変形が抑制され、利便性の高い成形用スタンパ１０を実現することができる。これによって、成形用スタンパ１０によって成形が繰返し行われても基体１９が損傷することがなく、また基体１９の加熱および冷却が繰返し行われても、基体１９が熱応力などで破損することがない。またセラミックで成形用スタンパ１０を形成するので、本実施の形態のように成形用スタンパ１０に直接接触させて成形しても基体１９が欠けるなどすることがなく、成形用スタンパ１０を繰返し使用することができる。セラミックで構成することによって、ガラスなど高温で成形しなければ成らない材料から成る被成形体１２を繰返し成形する場合であっても、繰返し熱応力にも耐え得ることができ、良好なスタンパが形成される。

本実施の形態の成形用スタンパ１０によれば、基体１９と発熱抵抗体２０とが一体的に焼結されているので、被成形体１２を繰返し成形するときの熱応力に起因する基体からの発熱抵抗体の剥離を抑制できる。

本実施の形態の成形装置１１によれば、基体１９の側面部２６から導出される給電配線２５に電力を供給することによって、発熱抵抗体２０に電力が供給され、発熱抵抗体２０が発熱する。これによって基体１９の温度を上昇させることができる。また側面部２６から給電配線２５が導出されるので、プレス手段１４に内部に配線３８を配設する必要がなく、プレス手段１４の加工が容易になる。

本実施の形態の成形用スタンパ１０によれば、温度制御手段１５によって発熱抵抗体２０に電力を供給し、基体１９の温度を上昇させた状態で、プレス手段１４によって成形用スタンパ１０を被成形体１２に押圧することによって、被成形体１２を成形することができる。

本実施の形態の成形装置１１によれば、温度制御手段１５によって成形用スタンパ１０の温度が検出され、検出された温度に応じて発熱抵抗体２０に供給する供給電力、具体的には印加する電圧を調整する。成形装置１毎または成形品のロッドを成形する毎に成形用スタンパ１０の温度にばらつきがある場合、各成形品の寸法にばらつきが生じ、加工精度のよい成形品が得られない。成形用スタンパ１０の温度に応じて供給電力を調整することができるので、成形装置１毎または成形品のロッドを成形する毎に成形用スタンパ１０の温度がばらつくことを抑制でき、成形品の寸法のばらつきを抑制し、加工精度のよい成形品を成形することができる。

図７は、実施の第２の形態の成形用スタンパ１０Ａを示す斜視図である。成形用スタンパ１０Ａは、実施の第１の形態の成形用スタンパ１０と構成が類似している。したがって成形用スタンパ１０Ａの構成については、実施の第１の形態の成形用スタンパ１０と異なる点についてだけ説明し、同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。成形用スタンパ１０Ａは、発熱抵抗体２０が基体１９の内部に配設されず、基体１９の凸状部２４に配設されている。本実施の形態では、基体１９の凸状部２４に発熱抵抗体２０を形成する。ただしこのような形状に限定されず、基体１９の凸状部２４にＡ２方向に延びる溝を形成し、その溝に発熱抵抗体２０を形成してもよく、また凸状部２４自体を発熱抵抗体２０で構成してもよい。さらに発熱抵抗体２０の腐蝕防止および耐摩耗性を向上させるために、発熱抵抗体２０に保護膜を形成する。これによって発熱抵抗体２０を凸状部２４に形成しても、腐蝕することおよび損傷することを防止できる。

本実施の形態の成形用スタンパ１０Ａによれば、被成形体１２と接触し成形する凸状部２４に発熱抵抗体２０が設けられているので、被成形体１２に熱が伝達しやすい。これによって熱損失が少なく、従来の技術の成形装置１よりもより小さい電流で被成形体１２の成形が可能である。また凸状部２４に発熱抵抗体２０が設けられているので、被成形体１２を整形する成形部の温度制御が精密に制御することができる。

図８は、実施の第３の形態の成形用スタンパ１０Ｂを備える成形装置１１Ｂを示す正面断面図である。成形用スタンパ１０Ｂおよび成形装置１１Ｂは、成形用スタンパ１０および成形装置１１と構成が類似している。したがって成形用スタンパ１０Ｂおよび成形装置１１Ｂの構成については、成形用スタンパ１０および成形装置１１と異なる点についてだけ説明し、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。成形用スタンパ１０Ｂには、起電力発生装置５１が設けられている。起電力発生回路５１は、たとえばループコイルまたは金属製のベタパターンで構成され基体１９の内部に形成される。起電力発生回路５１は、電磁波を受けて起電力が発生する機能を有する。起電力発生回路５１は、発熱抵抗体２０の各端部２０ａ，２０ｂに電気的に接続されている。起電力発生回路５１は、グリーンシート上にループコイル状またはベタパターン状に導体ペーストが付着された層状体を第１および第２層状体２８，２９に積層し、焼結することによって形成することができる。

成形装置１１は、電磁波発生手段５２をさらに備える。電磁波発生手段５２は、起電力発生回路５１に向かって電磁波を放射する機能を有する。電磁波発生手段５２は、たとえば推奨振動子などの発信回路およびアンテナを含み、発信回路から伝送される信号に基づいてアンテナから電磁波を放射するように構成されている。

さらに成形用スタンパ１０には、その凸状部２４上に温度検出手段５３が設けられている。温度検出手段５３は、たとえばアルメルクロメル熱電対または銅コンスタンタンによって構成される。温度検出手段５３は、成形時における被成形体１２の温度を検出する機能を有する。温度検出手段５３によって検出される温度に基づいて、発熱抵抗体２０に印加すべき電圧が制御される。つまり電磁波発生手段５２から放射される電磁波の磁束密度などが決定される。

このように構成される成形装置１１Ｂは、電磁波発生手段５２から電磁波を放射すると、起電力発生回路５１が電磁波を受けて起電力が発生する。発生した起電力が発熱抵抗体２０に供給され、発熱抵抗体２０が発熱する。このような発熱抵抗体２０が発熱している状態で、被成形体１２が成形される。

本実施の形態の成形スタンパ１０Ｂによれば、基体１９に配設される起電力発生回路５１に向かって電磁波を放射すると、起電力発生回路５１が電磁波を受け起電力が発生する。これによって発熱抵抗体２０に電力が供給され、発熱抵抗体２０が発熱し、基体１９の温度を上昇させることができる。このように起電力発生回路５１を用いることによって、電源と発熱抵抗体２０とを電気的に接続する必要がなく、外部配線を省略することができる。したがって基体１９は、プレス装置１４によってＺ方向に変動するので、外部配線の位置に制約が多くなるが、起電力発生回路５１を用いることによって、このような問題を解決することができる。

本実施の形態の成形装置１１Ｂによれば、電磁波発生手段５２によって起電力発生回路５１に電磁波を放射すると、起電力発生回路５１で起電力が発生し、発熱抵抗体２０に電力が供給される。これによって発熱抵抗体２０が発熱して基体１９の温度を上昇させる。このように基体１９の温度が上昇した状態で、プレス手段１４によって成形用スタンパ１０が被成形体１２を押圧することによって、被成形体１２を成形することができる。

本実施の形態では、成形用スタンパ１０は、セラミックから成るが、セラミックに限定されない。たとえばシリコン（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、多結晶シリコン、ガラス、などであってもよい。

また本実施の形態では、導体ペーストを塗布することによって発熱抵抗体２０を形成しているが、ＣＶＤ法によって発熱抵抗体２０を形成してもよい。

また本実施の形態では、有機グリーンシート３５を用いて、主面部２１の凹凸形状を形成しているが、必ずしもこのような方法に限定されない。たとえば第１層状体２７に扁平状のグリーンシートを積層した積層体の表面部を、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Yttrium Aluminum Garnet：略称ＹＡＧ）レーザなどを用いるレーザ加工によって、凹凸状に形成し、その後焼結して成形用スタンパ１０を形成してもよい。また前記積層体を焼結した後に、焼結された積層体の表面部を、ＹＡＧレーザ等を用いるレーザ加工によって凹凸状に形成、成形用スタンパ１０を形成してもよい。

本実施の形態では、成形用スタンパ１０を被成形体１２に押圧しているが、被成形体１２にレジストを形成し、そのレジストを成形用スタンパ１０によって成形し、被成形体１２をエッチングして成形してもよい。

本実施の形態では、起電力発生回路５１が基体１９の内部に形成されているが、外部に形成されてもよい。

実施の第１の形態の成形用スタンパ１０を含む成形装置１１を示す正面断面図である。成形用スタンパ１０を示す斜視図である。図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩで切断して見た成形用スタンパ１０を示す断面図である。図３の切断面線ＩＶ−ＩＶで切断して見た成形用スタンパ１０を示す断面図である。成形用スタンパ１０を形成する手順を示す図である。成形用スタンパ１０を形成する手順を示す図である。成形用スタンパ１０を形成する手順を示す図である。成形装置１１を用いて被成形体１２を成形する手順を示す図である。実施の第２の形態の成形用スタンパ１０Ａを示す斜視図である。実施の第３の形態の成形用スタンパ１０Ｂを備える成形装置１１Ｂを示す正面断面図である。従来の技術の成形装置１を示す正面断面図である。

符号の説明

１０成形用スタンパ
１１成形装置
１２被成形体
１４プレス手段
１５温度制御手段
１９基体
２０発熱抵抗体
２１主面部
２４凸状部
２５貫通導体
５１起電力発生回路
５２電磁波発生手段

Claims

被成形体を成形する側の表面部が凹凸状に形成される基体と、
前記基体に配設される発熱抵抗体とを含み、
前記基体に、前記発熱抵抗体に電気的に接続され、電磁波を受けて起電力を発生する起電力発生回路が配設されていることを特徴とする成形用スタンパ。
前記発熱抵抗体は、前記基体の内部に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の成形用スタンパ。
前記発熱抵抗体は、前記表面部の凸状部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の成形用スタンパ。
前記基体がセラミックスから成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の成形用スタンパ。
前記基体と前記発熱抵抗体とが一体的に焼結されて成ることを特徴とする請求項４に記載の成形用スタンパ。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の成形用スタンパと、
前記成形用スタンパを被成形体に押圧する押圧手段と、
前記発熱抵抗体に電力を供給するための電力供給手段とを含むことを特徴とする成形装置。
前記電力供給手段は、電磁波を発生して、前記起電力発生回路に電磁波を放射する電磁波発生手段であることを特徴とする請求項６に記載の成形装置。
前記成形用スタンパの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度に応じて、前記発熱抵抗体に供給される供給電力を制御するための電力制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の成形装置。