JP4862495B2

JP4862495B2 - 金型及び金型の離型方法

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Publication number: JP4862495B2
Application number: JP2006149174A
Authority: JP
Inventors: 英博吉田; 久雄永井; 智洋奥村; 寛嘉戸
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: JP2007320037A

Description

本発明は、インプリント金型を用いて樹脂などに金型形状を形成させるホットエンボッシング加工において、金型から樹脂を離型させる方法に関するものである。

近年、血液中のグルコースなどを含む様々な成分を分離や検出する目的や、或いは、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄ，デオキシリボ核酸）の成分を分離することを目的としたＤＮＡチップや免疫分析チップなどのバイオセンサーデバイスの作製には、高アスペクト比を有する３次元形状（ナノピラー）形成技術が必要不可欠となっている。

現在、高いアスペクト比のナノピラーを形成する技術としては、ポリマー樹脂や光硬化性樹脂を用いて、マイクロサイズ，ナノサイズの形状を転写するホットエンボッシング法（ナノインプリント技術）等の方法が知られている（例えば特許文献１）。そして、これらの金型の一部である高アスペクトのピラー形成を微細形状の金型の形成し、この金型を樹脂に転写することにより所定の形状を得ることができるとされている。

しかしながら、これらの高アスペクト比を有する形状は、アスペクト比が高くなればなるほど、金型から転写された樹脂を離型することが難しくなることから、例えば特許文献２に記載の発明のように、超音波ホーンを用いて大面積の剥離を瞬時に高精度に行う技術で対応しようとしている。

具体的には、特許文献２に記載の図１では、超音波ホーン１５と受け治具１８とで材料１を一定圧にて挟持した状態で超音波を与え、粉体３を剥離する開示がされている。この工法により、ホーン形状と同一の剥離型状を安定して形成でき、また超音波ホーン１５における凹凸面形状１５ａと、受け治具１８における凹凸面形状１８ａとにより、剥離された粉体３を排出することができているとされている。

ところが、高アスペクト比を有する形状を離型するために、単に超音波を発生させただけでは現実的には離型することが難しく、逆に、離型しにくいことを利用して高アスペクト比形状を形成しているものもある。

以下にその内容を詳細に示す。特許文献１に記載の図４において、スタンパ６のパターンは５００ｎｍ，角深さ１μｍの穴である。これを減圧下で２５０ ℃ に加熱した上で、図４（ｂ）のように１２ＭＰａで１０分間保持して加圧する。１００ ℃ 以下になるまで放冷後、大気解放を行い、室温にてスタンパ裏面に剥離治具を接着固定し、０．１ｍｍ／ｓで鉛直方向に引き上げたところ、図４（ｃ）のようにスタンプ穴に充填された樹脂が穴壁面と密着したまま引き上げられ、図４（ｄ）のような柱状構造体が形成されている。

この柱状構造体の高さは、スタンパの深さの３倍以上あり、スタンパ穴の形状がそのまま転写されたものとは明らかに異なる。剥離材をスタンパ凹部にまで形成すると剥離時の樹脂の抜けが良くなって、スタンパの凹凸そのままが転写されることが多いことから、再現性よく所望の形状の柱状構造体を得るために、剥離剤を部分的に塗付し、高アスペクト比形状を実現している。
特開２００４−２８８７８３号公報特開平１０−１８０１８２号公報

しかしながら、従来のバイオチップなどに用いられる金型は、高アスペクト比の形状を有しており、従来からの温度，圧力，位置のみのプロセスだけでは、金型通りの形状を正確に離型することが非常に難しいという課題を有している。また、単純な超音波だけでも離型することが極めて難しいという課題を有していた。これは、成型する転写物のアスペクト比が高くなればなるほど、金型との接触面積が増大するために離型力が増大し、複雑な形状を形成している根幹部に過大な力が作用するためである。根幹部に過大な力が作用するために形状がそのまま金型側に持っていかれたり、途中で形状が折れたりして、高精度に形状を転写できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電磁歪素子を金型と一体に構成することにより、金型転写、金型離型プロセスに応じた信号を電磁歪素子に作用させることにより、任意形状の高アスペクト比形状を有する部品を形成すると共に、金型の離型を容易にすることが可能な金型及び金型の離型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金型の離型方法は、金型或いは前記金型を含み一体となった金型部材に設けられた電磁歪素子に電圧を加えることで前記金型或いは前記金型を含み一体となった金型部材に振動を発生させ、離型状態或いは接触状態に応じて、電磁歪素子を駆動させる周波数，駆動波形，駆動電圧の少なくとも１つを可変にし、前記駆動波形を矩形波状の波形とすることで、前記金型から成型物を離型させることを特徴とするものである。

また、本発明の金型は、金型或いは前記金型を含み一体となった金型部材と、前記金型部材に設けられた電磁歪素子と、前記金型部材と、前記電磁歪素子との間に設けた断熱材と、により構成したことを特徴とするものである。

また、前記金型部材に複数個の前記電磁歪素子が設けられていると更に良い。

また、前記複数個の電磁歪素子の夫々に異なる駆動させる周波数，駆動波形，駆動電圧の少なくとも１つの駆動源が設けられていると更に好適である。

更に、前記金型部材は、カーボンを含む材料で構成されていると好適である。

以上のように、本発明の離型方法を用いれば、高アスペクト比を有する金型の離型も容易になり、金型形状を容易に転写することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧電素子を用いた金型形成プロセスの実施の形態について示す図である。

図１（１）において、１は圧電素子、２はインプリント用金型、３は転写部材であって、圧電素子１とインプリント用金型２は、圧電素子１をスパッタ等を用いてインプリント用金型２の表面に成膜させる。或いは、圧電素子１をインプリント用金型２の上に接着剤等を用いて接着させても良い。また、このときのインプリント用金型２の寸法は、直径１０ｎｍ〜１０μｍ、アスペクト比は０．１〜１００の範囲の金型とする。

図１（１）において、インプリント用金型２と圧電素子１が一体となった部材を、例えばガラスの転写部材３に接近させる。一例としては、接触させる際はできるだけゆっくりと（１〜１０ｃｍ／ｓｅｃ）で接触させる。接触させた後は、電磁歪素子を高周波（１ｋＨｚ以上）にして転写部材３の流動性を向上させても良い。

また、転写部材に関してはガラス転移温度に達するまでヒータ（図示せず）等で加熱を行う。例えば、ＰＥＴ材料を転写部材に用いたガラス転移点は７０℃程度なので８０℃程度の加熱を行う。

次に、図１（２）に示すように、インプリント用金型２の形状の奥まで（図１（２）の場合、インプリント用金型２の底面まで）完全に転写部材３の樹脂が回り込むまでインプリント用金型２が転写部材３を成形して、一定時間（例えば３分程度，実際にはガラス転移点より１０〜２０℃程度高い状態でインプリント用金型２の温度を保持すると、１０ｓｅｃ〜２０ｓｅｃ程度でほぼ形状が決まる。）保持し、５０℃まで冷却させた後（本実施の形態では、５０℃まで冷却させる例を示すが、ガラス転移点以下まで冷却させればよい。なお、最終的には室温（２０〜２５℃程度）でインプリント用金型２を取り出すことから、本実施の形態の場合、２５〜８０℃の範囲に設定する必要がある。現状では、２５〜８０℃の間の５０℃に温度を設定している。）、図１（３）に示したように圧電素子１を上下に振動させ、図１（４）に示すように、インプリント金型２と転写部材３を離型する。

なお、本実施の形態の場合、インプリント金型２は、シリコン（Ｓｉ）、石英（ＳｉＯ₂）、カーボンの何れか１つ以上の材料で形成すれば良いが、シリコン（Ｓｉ）、石英（ＳｉＯ₂）、カーボンの全てを含む材料であると更に好適である。

また、図１（３）に示す工程にて、圧電素子１を振動させる際、周波数を初めは低周波数（例えば１〜２０Ｈｚ）で高い振幅（１０μｍ〜１０ｃｍ）で予め衝撃力を加え、離型し始めた段階で高周波数（例えば、１ｋＨｚ以上）の共振周波数付近で振動させると良い。すなわち、低衝撃力（低周波）と高衝撃（高周波）を組合わせることで離型させると良い。

形成されたインプリント用金型２の裏面、或いは、インプリント用金型２とプレス機が一体となった構造物において、圧電素子等の電磁歪材料を振動（振動の振幅については、形状が壊れない程度の最大の振幅量とする。）させることにより、金型の離型を行うことができる。例えば、直径が数ｎｍから数十μｍでアスペクト比が１以上の場合、加える振動周波数は、数十〜数千ｋＨｚの振動数となる。

ここで、「形状が壊れない程度の最大の振幅量」という内容について、以下に具体事例で説明する。例えば、シリコン材料を用いて直径５０μｍでアスペクト比２〜５で５ｍｍ×２ｍｍの間に８００本程度ある場合、最初は数１０μｍ〜数１００μｍで低周波（１〜２０Ｈｚ）、離型し始めた段階で、数μｍ〜数１０μｍで高周波（数１００Ｈｚ〜数１０ｋＨｚ）の振動を加えて離型する。なお、低周波で一定の振幅とする場合、エアーシリンダー等を用いて大振幅を発生させ、その後、圧電素子により微小振動させてもよい。

より具体的には、図２に示したような、高アスペクト比を有する材料を転写したい場合は、その高アスペクト比固有の振動数を圧電素子に加えることにより、容易に金型から離型することができる（図２は、バイオセンサ等で用いる流体抵抗或いはフィルター機能を有するバイオチップの一部の構造であり、４は高アスペクト比を有する立体形状の構造物（「ピラー」と称す）である）。

成形直後の状態において、微少構造物は、金型に接触しているために、微少構造物の両端は、固定されていると言える。そのために、微少構造物の横方向の振動は、そのために微少構造物の振動数は、（数式１）、（数式２）により計算することができる。

ここで、ωは角速度、ｆは円柱構造物の基本固有振動数（Ｈｚ、λ_iはモードに応じた定数（λ₁＝４．７３０，λ₂＝７．８５３，・・・λ_i＝（ｉ＋１／２）π）、Ｌは高アスペクト比ピラーの長さ（ｍ）、Ｅは高アスペクト比形状の縦弾性係数（Ｐａ）、Ｉ（＝ｄ⁴π／６４）は高アスペクト比形状の断面二次モーメント（ｍ⁴）、ρは単位面積当たりの質量（ｋｇ／ｍ²）、Ａは断面積（ｍ²）、πは円周率を表す。

この場合、ＰＥＴ材料を用いて、ピラー形状のものを離型する場合、ピラー形状として、直径ｄ＝５０μｍ、長さＬ＝２００μｍ、縦弾性係数Ｅ＝２０００ＭＰａ、定数λ₁＝４．７３０、密度ρ＝１２７０ｋｇ／ｍ³の固有振動数ｆは、１３９６ｋＨｚと計算できる。

ここで、本実施の形態における「微少」とは、構造物の場合、数１００μｍ以下を示し、アスペクト比に関しては、０．１〜１００程度の範囲を示す。例えば、バイオチップでは、直径５０μｍ，高さ２００μｍ（アスペクト比４）の構造物となっている。

離型を促進させるために、初期の状態においては、上記のような振動数を与えるように圧電素子により、横方向の振動数を発生させる。金型から先端が外れた状態では、微少構造物は、図３に示すように、一端が固定、他端が自由端の片持ちばりになっているために、そのときに固有振動数は、（数式３）、（数式４）により計算することができる。

図３は、図２のピラー４を２次元的に見た断面図であり、ｄはピラーの直径、Ｌはピラーの高さである。また、図３のピラー４は、横方向に共振して離型させるために振動方向１３が扇形形状にしている。

ここで、ωは角速度、ｆは円柱構造物の基本固有振動数（Ｈｚ）、λ_iはモードに応じた定数（λ₁＝１．８７５、λ₂＝４．７９４、λ₃＝７．８５５、・・・λ_i＝（ｉ−１／２）π）、Ｌは高アスペクト比ピラーの長さ（ｍ）、Ｅは高アスペクト比形状の縦弾性係数（Ｐａ）、Ｉ（＝ｄ⁴π／６４）は高アスペクト比形状の断面二次モーメント（ｍ⁴）、ρは単位面積当たりの質量（ｋｇ／ｍ²）、Ａは断面積（ｍ²）、πは円周率を表す。

例えば、ＰＥＴ材料を用いて、ピラー形状のものを離型する場合、ピラー形状として、直径ｄ＝５０μｍ、長さＬ＝２００μｍ、縦弾性係数Ｅ＝２０００ＭＰａ、定数λ₁＝１．８７５、密度ρ＝１２７０ｋｇ／ｍ³の固有振動数ｆは、２１９ｋＨｚと計算できる。

（数式４）により、計算された固有振動数が発生するように圧電素子に適切な駆動波形を入力させて、高アスペクト比の構造物が共振運動を起こすようにする。このように転写されたものが共振運動を行うことにより、転写物を金型から容易に離型することができる。また、（数式４）で計算された固有振動数の高調波（具体的には、２倍、３倍、…ｎ倍）を入力してもよい。

次に、図３に示したようにピラー先端が１次モードで触れるようにした場合、離型性は改善されるので、離型途中、常に先端形状がふれるように固有振動数を変化させながら離型してもよい。ピラー形状の高さが２００μｍから１００μｍまで離型した場合、固有振動数は８７８ｋＨｚとなり、２１９ｋＨｚが順次上げていってもよい。

つまり、離型途中において、その離型状態に応じて、圧電素子の振動数を変化させてもよい。

本実施例では、横方向の振動において、１次モードの両端が固定端、片側のみが固定端の場合の振動数を分けて圧電素子に入力信号を加えたが、どちらか一方の振動数でもその組み合わせ、または、振動数を段階的に変化させたものでも良い。また、２次、３次、ｎ次モードの振動数を加えて離型させてもよい。

高アスペクト形状のピラー等を離型するためには、ピラー等の形状が両端で固定梁になっているために、離型して入る部材の様々な腹の部分が共振するような信号を加えるのも効果的である。圧電素子を駆動させる方法は、上下方向、左右方向、ある一定の角度を持った方向等のいずれでもよい。

なお、本実施の形態において、「高アスペクト形状のピラー」という表現があるが、本願発明における高アスペクトとは、０．１以上を示している。

また、本実施の形態では、金型の上面に圧電素子等の電磁歪素子を形成したが、スペースの関係上、金型に形成できない場合は、図６に示したように、プレス材料の一部に電磁歪素子を装着し、金型の形状に応じた駆動波形を加えることにより、離型を促進させる。図６において、１は圧電素子、２はインプリント用金型、３は転写部材、５は金型固定材料、６はインプリント用金型２の上板、７はインプリント用金型２の下板、１１はインプリント用金型２の熱コントロールを行うヒータである。

図６では、インプリント用金型２を上板６並びに圧電素子１、転写部材３を下板７に固定させる。また、上板６及び下板７には、金型の温度をコントロールするヒータ１１、温調器（図示せず）が取り付けられている。図６（１）で示した圧電素子１を振動させることにより、図６（２）のようにインプリント用金型２と転写部材３を離型することができる。なお、圧電素子１を振動させる際、上板６を含むインプリント用金型２全体を振動させていることから、圧電素子１は従来以上の力を加えなければならないことは言うまでもない。

また、加える波形は、矩形波形が望ましい。矩形波形を与えることにより、最大の加速度を発生させることができるからである。また、成型されたものにダメージが入らないように適切な形状の波形を入力してもよい。

なお、図１及び図６の形式は共に、金型側に圧電素子等の電磁歪素子を装着した内容であるが、転写側に電磁歪素子を装着してもよい。また、金型側、転写側の両方に電磁歪素子を装着してもよい。このとき、図１において、Ｌ２に応じた固有振動数を金型側から発生させ、Ｌ１に応じた固有振動数を転写側から発生させても良いし、その逆或いは、融合でもよい。

本実施形態では、形状に固有の振動数、或いは、その高調波を電磁歪素子に作用させることにより、インプリント用金型の離型を行ったが、金型部材、インプリント用金型および金型保持部材、或いは、金型および金型保持部材および転写物を含む材料、或いは、インプリント用金型および金型保持部材および電磁歪素子および転写物を含む材料固有振動数或いは、その高調波を電磁歪素子に入力させることにより、離型を促進させてもよい。

また、図１に示した圧電素子１は、熱に弱いために断熱材１０を介して、図７のように図６で示した上板６の金型と圧電素子１との間に装着してもよい。ガラス転移点が高いガラス等の成形、離型を行うためには、圧電素子１にダメージを与えないようにするために断熱材が有効である。

また、金型を樹脂に近づける際に、樹脂の回りこみを改善するために微少振動を加えながら近づけてもよい。このように微少振動を加えて、金型に近づけることにより、樹脂の回りこみを改善し、金型の形状通りに転写することが可能になる。

このとき、金型に対して、樹脂の流動性を改善するために正弦波状の波形を入力してもよい。また、流れにくいものに対しては矩形波状の波形を入力してもよい。

また、図８（１）では、圧電素子１を左右に振動させて、離型するときのプロセスを示す。断熱材１０を介して、圧電素子１を振動させることにより、インプリント金型２を振動させることにより、形状に特有の固有振動数を発生させ、図８（２）に示すように転写部材３を容易に離型することができる。

本実施例のインプリント用金型は、シリコン、カーボン材料等の材料が有効である。特に離型性を改善するためには、カーボン材料が有効である。また、シリコンの離型性を向上させるためにシリコン表面にシランカップリング剤等を塗付してもよい。

また、本実施例では、金型、成型物、及び金型、成型物を含む部材に電磁歪素子の振動を直接伝達させることにより、成型、離型を促進させたが、間接的に金型、成型物、及び金型、成型物を含む部材に音波等の振動を伝達させることにより、成型、離型を促進させてもよい。

このように電磁歪素子と微細形状を金型及びそれを構成する部材と組み合わせることにより、高アスペクト（具体的には、０．１以上）の形状を離型することができる。

本実施例では、熱インプリントの離型方法について述べたが、光硬化性樹脂を金型に流し込み、形状を形成する際の離型方法にも用いてもよい。

今回の実施例では、主にピラー形状として、円柱を用いたが、離型性を改善するために円錐形状のものも用いてもよいし、角柱、角錐形状のものも用いてもよい。

（実施の形態２）
（数式１）では、図３に示した横方法の固有振動数を計算したが、図４に示したように縦方向の振動数を計算し、その振動数を加えることにより、離型性を改善してもよい。成形した直後の状態では、ピラー等の微少構造物は、両端が固定された状態になっているので、（数式４−１）で表される縦方向の振動数を圧電素子を用いて、振動させてもよい。

ここで、ｆは円柱構造物の縦方向の基本固有振動数（Ｈｚ）、λ_iはモードに応じた定数（λ₁＝π、λ₂＝２π、・・・λ_i＝ｎπ）、Ｌは高アスペクト比ピラーの長さ（ｍ）、Ｅは高アスペクト比形状の縦弾性係数（Ｐａ）、Ｉ（＝ｄ⁴π／６４）は高アスペクト比形状の断面二次モーメント（ｍ⁴）、ρは単位面積当たりの質量（ｋｇ／ｍ²）、πは円周率を表す。

ＰＥＴ材料を用いて、ピラー形状のものを離型する場合、ピラー形状として、直径ｄ＝５０μｍ、長さＬ＝２００μｍ、縦弾性係数Ｅ＝２０００ＭＰａ、定数λ₁＝４．７３０、密度ρ＝１２７０ｋｇ／ｍ³として両端固定梁の固有振動数ｆは、３１３７ｋＨｚと計算できる。

また、微少構造物が外れてきた場合には、片側のみが固定端になるので、そのときの基本固有振動数ｆは、（数式５）のように計算される。

ここで、λ_iはモードに応じた定数（λ₁＝１／２π、λ₂＝３／２π、・・・λ_i＝（２ｎ−１）／２π）と計算される。

ＰＥＴ材料を用いて、ピラー形状のものを離型する場合、ピラー形状として、直径ｄ＝５０μｍ、長さＬ＝２００μｍ、縦弾性係数Ｅ＝２０００ＭＰａ、定数λ₁＝４．７３０、密度ρ＝１２７０ｋｇ／ｍ³として片側固定梁の固有振動数ｆは、１５６９ｋＨｚと計算できる。

本実施形態では、縦方向の振動において、１次モードの両端が固定端、片側のみが固定端の場合の振動数を分けて圧電素子に入力信号を加えたが、どちらか一方の振動数でもその組み合わせ、または、振動数を段階的に変化させたものでも良い。また、２次、３次、ｎ次モードの振動数を加えて成形、離型させてもよい。

（実施の形態３）
図５の振動方向１３で示したように、ねじり振動を用いて離型してもよい。一般的に、両端が固定端のねじり振動の周波数ｆは、（数式６）により、計算することができる。

ここで、Ｇは横弾性係数（Ｎ／ｍ²）、円柱の場合、Ｊ（＝π（ｄ／２）⁴／２）、Ｉ_p（＝π（ｄ／２）⁴／２）となる。また、λ_iはモードに応じた定数（λ₁＝π、λ₂＝２π、・・・λ_i＝ｎπ）、Ｌは高アスペクト比ピラーの長さ（ｍ）、ρは単位面積当たりの質量（ｋｇ／ｍ²）、πは円周率を表す。

ＰＥＴ材料を用いて、ピラー形状のものを離型する場合、ピラー形状として、直径ｄ＝５０μｍ、長さＬ＝２００μｍ、横弾性係数Ｇ＝１８００ＭＰａ、定数λ₁＝４．７３０、密度ρ＝１２７０ｋｇ／ｍ³として両端固定梁の固有振動数ｆは、２９７６ｋＨｚと計算できる。

また、ねじり振動において、微少構造物が外れてきた場合、つまり一方が固定端、他方が固定端になった場合の基本振動数は、（数式７）により、計算することができる。

ＰＥＴ材料を用いて、ピラー形状のものを離型する場合、ピラー形状として、直径ｄ＝５０μｍ、長さＬ＝２００μｍ、横弾性係数Ｇ＝１８００ＭＰａ、定数λ₁＝４．７３０、密度ρ＝１２７０ｋｇ／ｍ³として片側固定梁の固有振動数ｆは、１４８８ｋＨｚと計算できる。

本実施形態では、ねじり方向の振動において、１次モードの両端が固定端、片側のみが固定端の場合の振動数を分けて圧電素子に入力信号を加えたが、どちらか一方の振動数でもその組み合わせ、または、振動数を段階的に変化させたものでも良い。また、２次、３次、ｎ次モードの振動数を加えて成形、離型させてもよい。

（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態２における圧電素子を用いた金型の実施の形態について示す図である。図９（１）において、２はインライン用金型、３は転写部材、８及び９は圧電素子である。

複数の形状を有するインライン用金型２の離型を行う場合、形状に応じた複数の圧電素子８，９をインライン用金型２に配置して、インライン用金型２の離型を行う。転写される形状の大きさに合わせて、高アスペクト比形状に合わせた固有振動数或いは、固有振動数の高調波を加えることにより、インライン用金型２の離型を行う。

例えば、図９に示した形状では、圧電素子１では、その下面に配置された高アスペクト比形状の固有振動数ｆ１、また第２の圧電素子９では、その下面に配置された固有振動数ｆ２を与えることにより、金型の離型を促進させることができる。

また、図９（３）に示したように離型された形状ｄ１に応じた固有振動数を圧電素子等の電磁歪素子に印加しても良いし、金型内に残されている形状ｄ２に応じた固有振動数を圧電素子に印加させてもよい。

また、転写側に電磁歪素子を装着してもよい。また、金型側、転写側の両方に電磁歪素子を装着してもよい。このとき、図９において、ｄ２に応じた固有振動数を金型側から発生させ、ｄ１に応じた固有振動数を転写側から発生させても良いし、その逆或いは、融合でもよい。

また、複数の圧電素子を配置して、金型を形成する場合、図１０に示したように金型と一体となった上型の端面に圧電素子１，１６を配置して、異なる振動数を加えてもよい。また、圧電素子同士の干渉を防ぐために複数の圧電素子部材の間に振動吸収材料を設けてもよい。

また、図１１では、金型と圧電素子がダイレクトに接触しているが、圧電素子の周りに断熱材料（熱が伝わりにくい材料）を配置し、圧電素子にダメージが入りにくい構造にしてもよい。

この実施例に関しても、形状に固有の振動数或いは、その高調波を電磁歪素子に作用させることにより、金型の離型を行ったが、金型部材、金型および金型保持部材、或いは、金型および金型保持部材および転写物を含む材料、或いは、金型および金型保持部材および電磁歪素子および転写物を含む材料固有振動数或いは、その高調波を電磁歪素子に入力させることにより、成形、離型を促進させてもよい。

（実施の形態５）
図１２は、圧電薄膜素子を金型の内側に形成したときの金型の図である。図１１において、２は金型、３は転写部材、１２は圧電素子である。金型２を転写部材３の樹脂材料等に接近させる場合は、圧電素子１２に駆動電圧をかけないか、或いは、あらかじめ膨張させておく。ホットエンボシング法等により、形状形成後、圧電薄膜素子に駆動波形を入力させることにより、圧電薄膜素子１２を収縮させ、離型しやすくしたものである。

金型２の転写側に圧電素子１を形成した場合は、図１２に示したように圧電素子１を静的に収縮させても良いし、圧電薄膜素子自体を動的に振動させ、形状に応じた固有振動数或いは、その高調波を発生させることにより、離型しやすくさせてもよい。

図１１では、金型の転写側の前面に圧電薄膜素子を配置させたが、一部の形状部分のみに圧電薄膜素子を配置させてもよい。

また、この実施形態に関しても、形状に固有の振動数或いは、その高調波を電磁歪素子に作用させることにより、金型の離型を行ったが、金型部材、金型および金型保持部材、或いは、金型および金型保持部材および転写物を含む材料、或いは、金型および金型保持部材および電磁歪素子および転写物を含む材料固有振動数或いは、その高調波を電磁歪素子に入力させることにより、成形、離型を促進させてもよい。

（実施の形態６）
図２に示したような、薄板（ａ［ｍ］×ｂ［ｍ］）高さ、ｈ［ｍ］上に、微少構造物のピラーを形成して、金型から離型する際に、薄板の基本固有振動数を圧電素子により加えてもよい。このとき、薄板の固有振動数は、（数式８）により、計算することができる。

ここで、ａ［ｍ］は辺の長さ、ｈ［ｍ］は板厚、Ｄは板の曲げ剛性で、Ｄ＝Ｅｈ³／１２（１−ν²）と表される。νはポアッソン比、また、４辺が単純支持の場合、ｎ，ｍを整数として

と表すことができる。板自身の基本固有振動数を圧電素子が加えることにより、微少構造物を有する薄板を離型してもよい。

ＰＥＴ材料を用いて、ｍ＝ｎ＝１（正方形基本振動）の場合、ａ＝ｂ＝０．０１［ｍ］、ｈ＝０．００１［ｍ］とすると、ｆ＝１１．９３［ｋＨｚ］となる。薄板の支持方法は、場合に応じて、適切な支持条件として計算することは言うまでもない。

従って、板の基本振動数或いは、高次モードの振動数を発生させながら、薄板に形成した微細構造物を成形、離型させてもよい。

（実施の形態７）
図１３（１）において、１は圧電素子、２は金型、３は転写部材、１４は固定プレートを示す。微細形状を転写した後、金型の離型を行う場合、金型と成形物が一体となった状態から図１２のように圧電素子をある一定間隔あけ、圧電素子に矩形波を加えて、金型或いは、成形物が一体となった状態に衝撃パルスを加えて離型させてもよい。一旦、圧電素子から衝撃波を与えた後は、圧電素子を金型側、或いは成形物側に圧電素子を接触させ、微小振動を加えて離型させる。そのときの金型、成形物と一体となった部材に衝撃パルスと時間の関係は、図１４のようになる。

この実施形態では、圧電素子により、衝撃力を加えたが、図１４に示したように、つまり、初期段階において大振動エアーにより衝撃力を加え、暫く時間が経過してから微少振動を加えるというものである。シリンダー、電磁モータの力を上下変更したカム等によって、金型或いは、成形物と一体となった部材に衝撃パルスを加えてもよい。

図１５において、１は圧電素子、２は金型部材、３は転写部材、１４は金型を保持する固定プレートである。図１５のようにシリンダーの先端に圧電素子を配置させ、大振動と微振動を加えても良いし、大振動と微少振動を夫々、別々のところから金型に振動を加えても良い。

血液成分、ＤＮＡ分離や免疫分析チップ等のバイオセンサーデバイス，マイクロレンズ・変更素子等の光デバイスやフォトニクス結晶などに使用されるナノ・マイクロピラー等の高アスペクト比を有する３次元形状形成の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるインプリントの金型を示す図本発明の実施の形態６における高アスペクト比形状のピラーを示す図本発明の実施の形態１における高アスペクト比形状のピラー断面図と横振動を示す図本発明の実施の形態２における高アスペクト比形状のピラー断面図と縦振動を示す図本発明の実施の形態３における高アスペクト比形状のピラー断面図とねじり振動を示す図本発明の実施の形態１におけるインプリントの金型とその上下固定板を示す図本発明の実施の形態１における断熱板を含むインプリントの金型（その１）を示す図本発明の実施の形態１における断熱板を含むインプリントの金型（その２）を示す図本発明の実施の形態４におけるインプリントの金型を示す図本発明の実施の形態４における断熱板を含むインプリントの金型（その１）を示す図本発明の実施の形態４におけるインプリントの金型を示す図本発明の実施の形態５における圧電素子による離型方法を示す図本発明の実施の形態７における金型或いは成形物に加える力と時間の関係を示す図本発明の実施の形態７におけるシリンダーと圧電素子による離型方法を示す図本発明の実施の形態７におけるシリンダーと圧電素子による離型方法を示す図

符号の説明

１，８，９，１６圧電素子
２インプリント用金型
３転写部材
４高アスペクト比ピラー
５金型固定材料
６上板
７下板
１０断熱材料
１１ヒータ
１２圧電薄膜素子
１３振動方向
１４固定プレート
１５エアーシリンダー

Claims

金型或いは前記金型を含み一体となった金型部材に設けられた電磁歪素子に電圧を加えることで前記金型或いは前記金型を含み一体となった金型部材に振動を発生させ、離型状態或いは接触状態に応じて、電磁歪素子を駆動させる周波数，駆動波形，駆動電圧の少なくとも１つを可変にし、前記駆動波形を矩形波状の波形とすることで、前記金型から成型物を離型させることを特徴とする金型の離型方法。
金型或いは前記金型を含み一体となった金型部材と、前記金型部材に設けられた電磁歪素子と、前記金型部材と、前記電磁歪素子との間に設けた断熱材と、により構成したことを特徴とする金型。
前記金型部材に複数個の前記電磁歪素子が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の金型。
前記複数個の電磁歪素子の夫々に異なる駆動させる周波数，駆動波形，駆動電圧の少なくとも１つの駆動源が設けられたことを特徴とする請求項３記載の金型。
前記金型部材は、カーボンを含む材料で構成されたことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の金型。