(57)【要約】【課題】  本発明のフィルム状部材の製造方法は、フィルム状の部材をシワの発生を防止して曲面化することができることを目的としている。【解決手段】  平面状のフィルムに、曲面部を有する支持部材を押し当てて支持する支持工程と、前記支持工程において支持された前記フィルムに、前記フィルムの前記微細構造が形成されている面側から流体圧力を加えて、前記支持部材の表面に前記フィルムを押し付けて前記フィルムを変形する変形工程と、前記変形工程で変形された前記フィルムを冷却して変形された形状を固定する形状固定工程と、を有し、前記支持工程において、前記支持部材の温度Ｔ１（℃）は、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ１（℃）としたときに（Ｔｇ１−４５）≦Ｔ１≦（Ｔｇ１−２７）及び前記支持工程において、前記フィルムの温度Ｔ２（℃）は（Ｔｇ１−７４）≦Ｔ２≦（Ｔｇ１−４５）であることを特徴とするフィルム状部材の製造方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面上に微細構造を有し、熱可塑性樹脂を主成分とするフィルム状部材の製造方法であって、
表面に微細構造を有する平面状のフィルムに、曲面部を有する支持部材を押し当てて支持する支持工程と、
前記支持工程において支持された前記フィルムに、前記フィルムの前記微細構造が形成されている面側から流体圧力を加えて、前記支持部材の表面に前記フィルムを押し付けて前記フィルムを変形する変形工程と、
前記変形工程で変形された前記フィルムを冷却して変形された形状を固定する形状固定工程と、を有し、
前記支持工程において、前記支持部材の温度Ｔ１（℃）は、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ１（℃）としたときに下記式（１）を満たし、
（Ｔｇ１−４５）≦Ｔ１≦（Ｔｇ１−２７）      （１）
前記支持工程において、前記フィルムの温度Ｔ２（℃）は、下記式（２）を満たす
（Ｔｇ１−７４）≦Ｔ２≦（Ｔｇ１−４５）      （２）
ことを特徴とするフィルム状部材の製造方法。
【請求項２】
前記フィルムの厚さは、１０μｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のフィルム状部材の製造方法。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂又は環状オレフィンを主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルム状部材の製造方法。
【請求項４】
前記微細構造は、円柱、円柱穴、角柱、角柱穴又はラインアンドスペースのいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフィルム状部材の製造方法。
【請求項５】
前記変形工程で、前記支持部材の表面に前記フィルムを押し付けるときの圧力が０．１０ＭＰａ以上０．５０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフィルム状部材の製造方法。
【請求項６】
前記変形工程で、前記支持部材の表面に前記フィルムを押し付けるときの圧力が０．１１ＭＰａ以上０．２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフィルム状部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲面状に微細構造を有するフィルム状部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レンズ等の曲面基材上に微細構造を形成するための微細加工技術の開発が行われている。このような曲面基材上への微細加工方法として、ＥＢ描画法、ドライエッチング法等を利用したプロセス開発が進められているが、コストが高く製品への展開が難しい。このため、安価な方法で曲面基材上に微細構造を形成するための製造方法として、表面に微細構造が形成されたフィルム状の型を用いて、曲面基材上に微細構造を転写するナノインプリント法の開発が行われている。
【０００３】
フィルム状の型を用いて曲面基材上に微細構造を転写する場合、フィルム状の型を曲面基材全面に隙間なく密着させることが重要となる。
【０００４】
特許文献１は、曲面基材形状に近い形状に予め成形させたフィルム状型を用いて曲面基材上に微細構造を転写する方法を記載している。特許文献１では、フィルム状の型を加熱し昇温した後、流体圧力による加圧で曲面形状に成形させたフィルム状型を用いて曲面基材上に微細構造を転写する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１０５６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された流体圧力による加圧で曲面形状を成形した場合、フィルム型の中央部の伸び量が大きく端部の伸び量が小さいという課題が見られた。レンズ等の光学部品表面に微細構造を形成する場合、微細構造が変形すると光学性能が変わってしまうため上記のように曲面内に変形量の分布が生じることは好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のフィルム状部材の製造方法は曲面上に微細構造を有し、熱可塑性樹脂を主成分とするフィルム状部材の製造方法であって、
表面に微細構造を有する平面状のフィルムに、曲面部を有する支持部材を押し当てて支持する支持工程と、前記支持工程において支持された前記フィルムに、前記フィルムの前記微細構造が形成されている面側から流体圧力を加えて、前記支持部材の表面に前記フィルムを押し付けて前記フィルムを変形する変形工程と、前記変形工程で変形された前記フィルムを冷却して変形された形状を固定する形状固定工程と、を有し、前記支持工程において、前記支持部材の温度Ｔ１（℃）は、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ１（℃）としたときに下記式（１）を満たし、
（Ｔｇ１−４５）≦Ｔ１≦（Ｔｇ１−２７）      （１）
前記支持工程において、前記フィルムの温度Ｔ２（℃）は、下記式（２）を満たす
（Ｔｇ１−７４）≦Ｔ２≦（Ｔｇ１−４５）      （２）
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のフィルム状部材の製造方法は、フィルム状の部材をシワの発生を防止して曲面化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のフィルム状部材の概略図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は断面図である。
【図２】本実施形態の部材の製造方法を示す概略図である。
【図３】実施例について部材の製造方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
（部材）
図１に本実施形態のフィルム状部材１を示す。図１（ａ）は本実施形態のフィルム部材１の上面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ´での断面図である。本発明のフィルム状部材１は、曲面を有する基材２を有する。基材２の曲面上には、微細構造３が形成されている。
【００１２】
基材２は、熱可塑性樹脂でできていることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂又は環状オレフィン樹脂を主成分とすることが好ましい。本明細書において、主成分とは質量基準で５１質量％以上１００質量％以下含有することを意味するが、熱可塑性樹脂は上記樹脂を７０質量％以上１００質量％以下含有することが好ましく、９０質量％以上１００質量％以下が含有することが更に好ましい。
【００１３】
本発明のフィルム部材１の厚さは、１０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。フィルム部材１の厚さが１０μｍ未満だと、曲面を維持するのが難しい。フィルム部材１の厚さが１ｍｍを超えると、曲面を維持するのが難しい。
【００１４】
微細構造は、円柱、円柱穴、角柱、角柱穴、ラインアンドスペース等を用いることができる。微細構造のピッチは、１００ｎｍ以上９００ｎｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００１５】
本実施形態のフィルム状部材１は、型として用いることができる。
【００１６】
（部材の製造方法）
本実施形態の部材の製造方法は、図２（ａ）に示すように、微細構造１３を有する熱可塑性樹脂でできた平面状のフィルム１１を固定部１４により、基台１２に固定する。固定位置は、図２（ａ）に示したように、支持部材１５の曲面部の弧長ａと平坦部ｂ・ｃの長さ合計と固定部１４の間の距離ｄが、１．０１×ｄ≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦１．１×ｄを満たすことが好ましい。また、１．０１×ｄ≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦１．０５×ｄを満たすことがより好ましい。
【００１７】
支持部材１５は、フィルム１１上の微細構造１３が形成されていない側でフィルム１１に対向して、フィルム１１と離れた位置に配置する。
【００１８】
次に、フィルム１１を加熱する。フィルム１１の加熱は、フィルム１１をヒーター（不図示）で直接加熱しても良いし、フィルム１１の熱容量が小さい場合には周囲の大気を加熱して間接的に加熱しても良い。支持部材１５は、金属、合金、セラミックスなど剛性のある材料で作製するが、加熱など温度制御を行うため熱容量が小さく熱伝導度が大きいアルミ合金を用いることが好ましい。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示すように、平面状のフィルム１１に、曲面部を有する支持部材１５を押し当てて支持する（支持工程）。本実施形態の部材の製造方法では、フィルム１１と支持部材１５の温度を制御することを特徴とする。
【００２０】
支持工程において、支持部材の温度Ｔ１（℃）は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ１（℃）としたときに下記式（１）を満たすことが好ましい。
（Ｔｇ１−４５）≦Ｔ１≦（Ｔｇ１−２７）      （１）
【００２１】
（Ｔｇ１−４５）＞Ｔ１の場合は、フィルム１１の伸びが小さくなり、成形性が低下したり割れが生じ易くなったりする。Ｔ１＞（Ｔｇ１−２７）の場合は、フィルム１１の伸びが大きくなりシワが生じ易くなる。
【００２２】
また、支持変形工程において、フィルムの温度Ｔ２（℃）は、下記式（２）を満たすことが好ましい。
（Ｔｇ１−７４）≦Ｔ２≦（Ｔｇ１−４５）      （２）
【００２３】
（Ｔｇ１−７４）＞Ｔ２の場合は、フィルム１１の伸びが小さくなり、割れが生じ易くなる。Ｔ２＞（Ｔｇ１−４５）の場合は、フィルム１１が伸びが大きくなりシワが生じ易くなる。
【００２４】
支持工程では、フィルム１１の曲面部が支持部材１５に接触し、フィルム１１の図２（ｂ）の点線で囲まれた部分が弱い張力を伴いながら変形する。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、支持部材１５を固定し速やかにフィルム１１の微細構造１３が形成されている面側から流体圧力を印加し、矢印方向にフィルム１１を支持部材１５に押圧する。押圧によりフィルム１１が支持部材１５の表面形状に近づくため、フィルム１１に掛かっている紙面上下方向の張力が弱まる。その結果、フィルム１１が変形することで伸びていた部分に撓みが生じる。本実施形態の部材の製造方法では、フィルム１１の温度と支持部材１５の温度を制御することで、フィルム１１の弾性変形と塑性変形を両立状態させて、フィルム１１の撓みを解消するとともに支持部材１５の形状にフィルム１１を塑性変形することができる。
【００２６】
変形工程で、支持部材１５の表面にフィルム１１を押し付けるときの圧力は、０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であることが好ましく、０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下であることがより好ましい。
【００２７】
本実施形態の部品の製造方法と異なり、フィルム１１と支持部材１５の温度制御をしない場合には、フィルム１１の撓みが弾性変形の範疇で解消せずに塑性変形してフィルム１１が伸びてしまう。この伸びた部分がシワとなってしまう等が起こる。フィルムにシワが生じると、このフィルム１１を型として用いた場合、このフィルム１１を押圧し微細構造を転写する際にひびや割れが生じ易くなる。
【００２８】
次に、フィルム１１の温度およびフィルム１１周辺の空気の温度を降下させて、フィルム１１の形状を固定する（形状固定工程）。この工程では、フィルム１１に掛かっている圧力はそのまま維持する。
【００２９】
フィルム１１の温度が十分に下がったら、フィルム１１にかけている圧力を除きフィルム１１を支持部材１５から取外して、曲面上に微細構造を有するフィルム状部材を製造できる。
【実施例】
【００３０】
以下に、実施例を用いて本実施形態の発明について説明する。
【００３１】
（実施例１）
実施例１では、図３（ａ）に示すように、微細構造２３が形成されている平面状のフィルム２１を圧力容器２２内に固定した。この時フィルム２１に形成されている微細構造は圧力容器２２の内側（紙面の上側）になるよう固定した。フィルム２１を固定部２４で固定して密閉することで、圧力容器２２の内部は外界から隔離され、バルブ２５を介して流体を導入又は排気する事で圧力容器２２内の圧力を制御した。圧力容器２２内の圧力は圧力計２６により測定した。圧力容器２２内にはヒーター２７が設置されていて制御系（不図示）により温度を制御した。支持部材２８は、圧力容器２２の外側でフィルム２１に対向しつつ接触しない位置に配置した。また、支持部材２８はヒーター２９を内蔵していて制御系（不図示）で温度を制御した。
【００３２】
次に、フィルム２１と支持部材２８を加熱した。フィルム２１は熱容量が小さいため、その周囲の気温とほぼ同じ温度になることを確認した。フィルム２１の近傍に熱電対３０を配置し気温を測定することで、フィルム２１の温度とした。支持部材２８の温度は、内部に設置した熱電対１１で温度を測定した。
【００３３】
フィルム２１にはポリカーボネートフィルム（三菱瓦斯化学社製、ユーピロン（製品名）、厚さ１００μｍ、ガラス転移点１４５℃）を用いた。支持部材２８はアルミニウム・マグネシウム合金で作製した。支持部材２８は、直径２５ｍｍ、曲率半径約２０ｍｍ、高さ５ｍｍの球面状の曲面部を有する円板で直径は８０ｍｍのものを用いた。また、支持部材２８は駆動機構（不図示）により昇降駆動を行い、支持部材２８の平坦部３４がフィルム２１の固定部２４と同じ高さになるようにした。
【００３４】
次に、フィルム２１、支持部材２８を加熱・昇温した。昇温に伴い圧力容器２２内の圧力が増加するのでバルブ２５を随時開放し調整した。
【００３５】
フィルム２１、支持部材２８がそれぞれ設定温度に達した後に、図３（ｂ）のように、支持部材２８を駆動機構（不図示）により上昇させた。支持部材２８の曲面部２２がフィルム２１に接触しながら押し上げるためフィルム２１が張った状態となり、張力を伴って伸びた部分３３を形成した。
【００３６】
支持部材２８が図３（ｂ）示す位置に到達したら支持部材２８を固定し、バルブ２５より窒素ガスを導入し圧力容器２２内の圧力を０．２ＭＰａに加圧した。この圧力を受けてフィルム２１は支持部材２８に向かって押圧された。加圧当初、フィルム２１は支持部材２８の曲面部だけで接しているが、窒素で加圧することにより図１（ｃ）に示すように、全面が支持部材２８に密着した。
【００３７】
次に、圧力容器２２内の圧力を０．２ＭＰａに保ったままヒーター２７とヒーター２９の加熱を止めて、フィルム２１と支持部材２８を冷却した。フィルム２１と支持部材２８が十分に冷却した後に、圧力容器２２内の圧力を開放しフィルム２１を取出した。
【００３８】
実施例１では、フィルム２１の温度７８℃、支持部材２８の温度１０６℃の時に、フィルム２１を支持部材２８で支持した後に、窒素ガスで加圧して変形させた。
【００３９】
作成したフィルムは、以下の条件で評価した。
【００４０】
実施例１の評価結果は、表１のようになった。
【００４１】
（シワの発生）
作製したフィルムを目視により評価した。
Ａ：フィルムにシワが発生していなかった。
Ｂ：フィルムにわずかにシワが発生していたが、使用上問題の無いレベルであった。
Ｃ：フィルムにシワが発生していた。
【００４２】
（成形性）
フィルムが、支持部材の曲面部の形状になっているかを目視で評価した。
Ａ：フィルムが、支持部材の曲面の形状になっていた。
Ｂ：フィルムが、支持部材の曲面の形状になっていなかった。
【００４３】
（割れ）
フィルムに割れが生じているかを目視で評価した。
Ａ：フィルムに割れが生じていなかった。
Ｂ：フィルムに割れが生じていた。
【００４４】
（実施例２〜６）
実施例２〜６は、フィルム２１の温度と支持部材２８の温度を変更する以外は実施例１と同様にして、曲面上に微細構造を有するフィルム状部材を作製した。
【００４５】
製造条件と評価結果は、表１のようになった。
【００４６】
（比較例１〜６）
比較例１〜６は、フィルム２１の温度と支持部材２８の温度を変更する以外は実施例１と同様にして、曲面上に微細構造を有するフィルム状部材を作製した。
【００４７】
製造条件と評価結果は、表１のようになった。
【００４８】
（実施例７）
実施例７は、実施例１で用いたポリカーボネートフィルムに替えて、環状オレフィンフィルム（日本ゼオン製ＺＦ−１４、厚さ１００μｍ、ガラス転移点１３５℃）を用いた。フィルム２１の温度と支持部材２８の温度は、表１に記載の条件で行った。
【００４９】
実施例７は、上記以外は実施例１と同様にしてフィルム状部材を製造した。
【００５０】
評価結果は、表１のようになった。
【００５１】
（実施例８）
実施例８は、実施例１で用いたポリカーボネートフィルムに替えて、アクリルフィルム（住友化学製テクノロイ、厚さ１２５μｍ、ガラス転移点１００℃）を用いた。フィルム２１の温度と支持部材２８の温度は、表１に記載の条件で行った。
【００５２】
実施例８は、上記以外は実施例１と同様にしてフィルム状部材を製造した。
【００５３】
評価結果は、表１のようになった。
【００５４】
（実施例９〜１７）
実施例９〜１７は、フィルム２１を支持部材２８に押圧する時の圧力を変更した以外は実施例１と同様にしてフィルム状部材を製造した。
【００５５】
評価結果は、表１のようになった。
【００５６】
（評価）
実施例１〜６の結果から、支持部材の温度Ｔ１（℃）は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ１（℃）としたときに下記式（１）及び（２）を満たす場合には、シワが発生せず、成形不良や割れが生じなく、良好なフィルム状部材が製造できた。
【００５７】
（Ｔｇ１−４５）≦Ｔ１≦（Ｔｇ１−２７）      （１）
（Ｔｇ１−７４）≦Ｔ２≦（Ｔｇ１−４５）      （２）
比較例１〜６の結果から、上記の式（１）又は式（２）を満たさない場合には、シワ、成形性又は割れが生じた。
【００５８】
実施例７及び８の結果より、環状オレフィンフィルムやアクリルフィルムでもポリカーボネートフィルムと同様に、フィルム状部材を良好に作製できた。
【００５９】
実施例９〜１７の結果より、フィルム２１を支持部材２８に押圧する時の圧力を０．１１ＭＰａ〜０．２０ＭＰａに変化させシワの発生を抑制できることが解った。特に、０．１３ＭＰａ以上０．２０ＭＰａでシワの発生をより良く防止できることが解った。
【００６０】
【表１】
2020104348.tif 000003
【符号の説明】
【００６１】
１  フィルム状部材
２  基材
３  微細構造
１１  フィルム
１３  微細構造
１５  支持部材
【図１】
2020104348.tif 000004
【図２】
2020104348.tif 000005
【図３】
2020104348.tif 000006