(57)【要約】【課題】超臨界流体の高い圧力や大きなプレス力に耐えうる大がかりな装置や樹脂のガラス転移温度近傍までの加熱機構を用いずに、樹脂表面に微細な形状を転写可能なインプリント法のメリットを短時間で実現可能とする形状転写方法及びその装置を提供する。【解決手段】液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて、樹脂を可塑化する工程と、可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程と、を含む、金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法、及び、開口部を有する高圧容器とピストンとによって上記方法を実現する装置。【効果】液体の二酸化炭素を用いることで、室温で金型の形状を転写でき、減圧時に発泡が起きにくいため、光学部品への形状転写も可能であり、大がかりな装置を必要としない利点がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて、樹脂を可塑化する工程と、可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程と、を含むことを特徴とする金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
【請求項２】
液体の二酸化炭素が、３ＭＰａ〜７ＭＰａ、０℃〜３０℃である、請求項１記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
【請求項３】
液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて樹脂を可塑化する工程に、密閉空間に樹脂を配置する工程と、前記密閉空間に液体の二酸化炭素を導入する工程と、を含む、請求項１又は２記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
【請求項４】
液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて樹脂を可塑化する工程に、密閉空間に樹脂を配置する工程と、前記密閉空間に気体の二酸化炭素を導入した後に密閉空間の体積を減少させて二酸化炭素を液化する工程と、を含む、請求項１又は２記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
【請求項５】
可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程が、密閉空間内でなされる、請求項３又は４記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
【請求項６】
可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程が、可塑化した樹脂を密閉空間から取り出した後になされる、請求項３又は４記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
【請求項７】
一端に開口部を有する容器を樹脂の片面に押圧することで容器と樹脂とで密閉空間を構成する、請求項３から６のいずれか一項に記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
【請求項８】
樹脂が、熱可塑性樹脂である、請求項１から７のいずれか一項に記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
【請求項９】
金型表面の微細構造を樹脂に転写するために樹脂を可塑化する装置であって、
ベース部と容器部とで構成され、
前記ベース部は、被転写材である樹脂を保持可能であり、
前記容器部は、前記ベース部に保持された前記樹脂の表面の所定の領域を囲む開口部を有するとともに、前記開口部が前記樹脂に密着可能であり、前記樹脂と前記容器部とで密閉空間を構成可能であり、前記密閉空間への液体あるいは気体の二酸化炭素の導入部を有し、前記密閉空間の体積を保持あるいは圧縮させる手段を有する、
液体二酸化炭素を樹脂表面に含浸可能であることを特徴とする前記装置。
【請求項１０】
金型表面の微細構造を樹脂に転写する装置であって、
ベース部と容器部とで構成され、
前記ベース部は、被転写材である樹脂を保持可能であり、
前記容器部は、前記ベース部に保持された前記樹脂の表面の所定の領域を囲む開口部を有するとともに、前記開口部が前記樹脂に密着可能であり、前記樹脂と前記容器部とで密閉空間を構成可能であり、前記密閉空間への液体あるいは気体の二酸化炭素の導入部を有し、前記密閉空間の体積を保持あるいは圧縮させる手段としてピストンを有し、液体二酸化炭素を樹脂表面に含浸可能であり、表面に微細構造を有する金型をピストンに保持する手段を有する、
金型表面の微細構造を樹脂に転写可能であることを特徴とする前記装置。
【請求項１１】
金型表面の微細構造を樹脂に転写する装置であって、
ベース部と容器部とで構成され、
前記ベース部は、被転写材である樹脂を保持可能であり、
前記容器部は、前記ベース部に保持された前記樹脂の表面の所定の領域を囲む開口部を有するとともに、前記開口部が前記樹脂に密着可能であり、前記樹脂と前記容器部とで密閉空間を構成可能であり、前記密閉空間への液体あるいは気体の二酸化炭素の導入部を有し、前記密閉空間の体積を保持あるいは圧縮させる手段としてピストンを有し、液体二酸化炭素を樹脂表面に含浸可能であり、表面に微細構造を有する金型をピストンに保持する手段を有し、金型を保持するピストンに弾性体を設け金型の転写圧力を弾性体により調整できる機構を設けた、
金型表面の微細構造を樹脂に転写可能であることを特徴とする前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂への形状転写方法及びその装置に関するものであり、更に詳しくは、液体二酸化炭素で樹脂表面を可塑化して金型を押し当て、金型表面の凹凸の形状を樹脂に転写する方法及びそれを実現する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂への形状転写方法として、射出成形法がよく知られている。この方法では、樹脂の軟化温度以下に加熱した金型のキャビティ内に溶融させた樹脂を射出し、固化させることで形状を転写する。キャビティ内に溶融樹脂を射出した直後に、固化が始まるため、非常に短いタクトタイムで形状転写ができる。
【０００３】
しかしながら、電子機器等の製品の高性能化、高付加価値化を実現する光学部品、例えば、導光板やフレネルレンズレンズのように表面に微細な形状を有する部品においては、射出された溶融樹脂が、微細な形状に完全に充填する前に固化してしまい、金型形状を正確に転写できないという問題が生じている。更に、射出成形法では、溶融させた樹脂を瞬時に冷却して固化しているため、表面に微細形状を有する薄板を成形すると板に反りが生じてしまう。板厚が薄くなればなるほど、板が大型になればなるほど、反りの大きさが顕著になるという問題もある。
【０００４】
そこで、近年、樹脂の表面に微細形状を転写する方法として、熱インプリント法が注目されている。この方法では、板状の樹脂をガラス転移温度近傍に加熱し、微細な形状を有する金型を押し付けることで樹脂表面に微細形状を転写し、その後、冷却して金型を樹脂から離型する。この手法では、樹脂が軟化している状態で金型を押し付けるため、金型の微細な形状に樹脂を完全に充填できる。
【０００５】
また、該手法では、樹脂を完全に溶融させず、かつ急激に冷却・固化させないため、板厚が薄くなっても、板が大型になっても、反りが発生しにくい。しかしながら、この手法は、加熱・冷却の時間や樹脂を金型に形成された微細な形状に充填させる時間を要するため、タクトタイムが長くなるという欠点がある。
【０００６】
これらの問題に対して、超臨界流体を適用したインプリント法による転写方法がいくつか提案されている。これらの手法として、超臨界流体、例えば、超臨界二酸化炭素を樹脂中に含浸させると、ガラス転移温度が低下する性質を利用して、熱インプリント法の欠点であるタクトタイムを短縮する方法等がある。
【０００７】
前記方法の先行技術として、加圧気体又は超臨界流体（加圧二酸化炭素又は超臨界二酸化炭素）を利用して、高分子膜（レジスト）が塗布された基板からなる被処理体のレジストを柔軟にする工程と、被処理体のレジスト側に、所定の微細パターンが形成されたモールドを押し付けて該パターンをレジストに転写する工程と、を有するインプリント方法と、その装置（特許文献１）、が提案されている。
【０００８】
また、他の先行技術として、熱可塑性樹脂からなる母材に対して、表面近傍に二酸化炭素を含有させるステップと、母材のガラス転移温度よりも低温度の金型転写面を母材に対して押し付けるステップと、を備えた、成形品の製造方法（特許文献２）、が提案されている。
【０００９】
更に、他の先行技術として、熱可塑性樹脂の成形において、樹脂表面粘度の増加を防ぎ、金型表面の微細形状を高精度に転写する方法として、溶融樹脂の表層に可塑化効果のあるガス体として二酸化炭素を含浸させた後、該溶融樹脂の表面に、微細パターンを有する金型入れ子の微細パターンを加圧して、二酸化炭素が含浸した樹脂の表面に微細パターンを転写する方法（特許文献３）、が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２３５６１３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７５７５６号公報
【特許文献３】特開２００５−１７８０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、前記特許文献１では、超臨界二酸化炭素を密閉容器内に導入し、樹脂表面を軟化させているが、この方法では、転写を行う場合、超臨界状態を保持する圧力を加えたまま、金型の形状を転写するための圧力を印加するため、非常に大きなプレス力が必要となる。したがって、大きなプレス力に耐えうる大がかりな装置を製作しなければならない。
【００１２】
また、前記特許文献２では、密閉容器内に導入した気体二酸化炭素（圧力５ＭＰａ程度）を加圧する（圧力１０ＭＰａ以上）ことで超臨界状態として二酸化炭素を樹脂表面に含浸させて、樹脂表面を可塑化させているが、加熱した金型の温度を低下させないために、その際に導入する二酸化炭素を樹脂のガラス転移温度近傍の温度（ポリカーボネートの場合で１５０℃）に調整しなければならず、高額な装置を必要とする。
【００１３】
更に、前記特許文献３では、超臨界二酸化炭素中でガラス転移温度以上に加熱した溶融樹脂の表面に樹脂の荷重たわみ温度以上に加熱した金型を押し当てることで転写を行っており、更に、金型の温度を徐々に下げて樹脂の温度が荷重たわみ温度以下になってから離型を行っている。したがって、金型の昇温・降温があるため、転写時間を短縮することができない。
【００１４】
更に、これらの特許文献１〜３では、超臨界二酸化炭素を使用しているため、減圧したときに樹脂が発泡しやすく、高い透明性を必要とする光学部品には使用することができないという問題がある。
【００１５】
本発明は、これらの問題点を解決するために開発されたものであり、超臨界流体の高い圧力や大きなプレス力に耐えうる大がかりな装置や樹脂のガラス転移温度近傍までの加熱機構を用いずに、樹脂表面に微細な形状を転写可能なインプリント法のメリットを短時間で実現可能とする形状転写方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための本発明は、以下の（１）から（１１）に係るものである。
（１）液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて、樹脂を可塑化する工程と、可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程と、を含むことを特徴とする金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
（２）液体の二酸化炭素が、３ＭＰａ〜７ＭＰａ、０℃〜３０℃である、前記（１）記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
（３）液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて樹脂を可塑化する工程に、密閉空間に樹脂を配置する工程と、前記密閉空間に液体の二酸化炭素を導入する工程と、を含む、前記（１）又は（２）記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
（４）液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて樹脂を可塑化する工程に、密閉空間に樹脂を配置する工程と、前記密閉空間に気体の二酸化炭素を導入した後に密閉空間の体積を減少させて二酸化炭素を液化する工程と、を含む、前記（１）又は（２）記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
（５）可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程が、密閉空間内でなされる、前記（３）又は（４）記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
（６）可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程が、可塑化した樹脂を密閉空間から取り出した後になされる、前記（３）又は（４）記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
（７）一端に開口部を有する容器を樹脂の片面に押圧することで容器と樹脂とで密閉空間を構成する、前記（３）から（６）のいずれか一項に記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
（８）樹脂が、熱可塑性樹脂である、前記（１）から（７）のいずれか一項に記載の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法。
（９）金型表面の微細構造を樹脂に転写するために樹脂を可塑化する装置であって、
ベース部と容器部とで構成され、
前記ベース部は、被転写材である樹脂を保持可能であり、
前記容器部は、前記ベース部に保持された前記樹脂の表面の所定の領域を囲む開口部を有するとともに、前記開口部が前記樹脂に密着可能であり、前記樹脂と前記容器部とで密閉空間を構成可能であり、前記密閉空間への液体あるいは気体の二酸化炭素の導入部を有し、前記密閉空間の体積を保持あるいは圧縮させる手段を有する、
液体二酸化炭素を樹脂表面に含浸可能であることを特徴とする前記装置。
（１０）金型表面の微細構造を樹脂に転写する装置であって、
ベース部と容器部とで構成され、
前記ベース部は、被転写材である樹脂を保持可能であり、
前記容器部は、前記ベース部に保持された前記樹脂の表面の所定の領域を囲む開口部を有するとともに、前記開口部が前記樹脂に密着可能であり、前記樹脂と前記容器部とで密閉空間を構成可能であり、前記密閉空間への液体あるいは気体の二酸化炭素の導入部を有し、前記密閉空間の体積を保持あるいは圧縮させる手段としてピストンを有し、液体二酸化炭素を樹脂表面に含浸可能であり、表面に微細構造を有する金型をピストンに保持する手段を有する、
金型表面の微細構造を樹脂に転写可能であることを特徴とする前記装置。
（１１）金型表面の微細構造を樹脂に転写する装置であって、
ベース部と容器部とで構成され、
前記ベース部は、被転写材である樹脂を保持可能であり、
前記容器部は、前記ベース部に保持された前記樹脂の表面の所定の領域を囲む開口部を有するとともに、前記開口部が前記樹脂に密着可能であり、前記樹脂と前記容器部とで密閉空間を構成可能であり、前記密閉空間への液体あるいは気体の二酸化炭素の導入部を有し、前記密閉空間の体積を保持あるいは圧縮させる手段としてピストンを有し、液体二酸化炭素を樹脂表面に含浸可能であり、表面に微細構造を有する金型をピストンに保持する手段を有し、金型を保持するピストンに弾性体を設け金型の転写圧力を弾性体により調整できる機構を設けた、
金型表面の微細構造を樹脂に転写可能であることを特徴とする前記装置。
【００１７】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、液化炭酸ガス（液体二酸化炭素）で樹脂表面を可塑化して金型を押し当て、金型表面の凹凸の形状を樹脂に転写する方法及びそれを実現する装置を提供するものである。装置に関しては、特に片面から押し当てることにより樹脂製品を高圧容器に合わせて切断することなく形状転写を可能とすることを特徴としている。
【００１８】
本発明者らは、ある種の樹脂、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂は、液体二酸化炭素でも表面が可塑化し、金型形状を転写可能であることを実験で見出した。液体二酸化炭素を使用することで、室温で形状転写できるため、装置に加温機構を必要としない。また、液体二酸化炭素の場合には、減圧時に発泡が起きにくいため、光学部品への形状転写も可能である。
【００１９】
本発明では、高圧容器（圧力容器）内に気体あるいは液体で導入した二酸化炭素を加圧することで、二酸化炭素を液化する。その場合、高圧容器内のすべての二酸化炭素を液化する必要はなく、被転写材である樹脂の表面が浸る程度まで液化すればよい。したがって、本発明は、従来の技術よりもプレス力を低減できるため、大がかりな装置を必要としない。
【００２０】
本発明の金型表面の微細構造を樹脂に転写する方法及びその装置は、液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて樹脂を可塑化する工程と、可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程と、を含むことを特徴としている。
【００２１】
本発明では、液体二酸化炭素が使用される。気体の二酸化炭素、超臨界の二酸化炭素を使用する場合と比べて、液体の二酸化炭素を使用することの利点は、以下の通りである。すなわち、超臨界二酸化炭素では樹脂が発泡する可能性があるので、微細な形状、例えば、光学部品として必要な形状転写の観点から、気体又は液体二酸化炭素が好ましい。超臨界二酸化炭素では、３１℃以上に加温が必要であるが、気体と液体では大幅に加温する必要がないため、装置に加温機構を不要とすることもできることから、これらが好ましい。
【００２２】
これらのうちでも、気体二酸化炭素は、ほとんど可塑化しないか、可塑化にかなりの時間が必要であるため、金型形状を転写するために十分な樹脂の可塑化を迅速になしうる観点から、特に液体二酸化炭素が好ましい。
【００２３】
超臨界状態に比して、液体状態、特に気液混合状態は、圧力と温度を制御することが比較的容易であり、また、二酸化炭素を樹脂表面に接触させる時間範囲を広く選択可能である観点から、該状態が好ましい。気液混合状態は、二酸化炭素が含まれる密閉された空間の体積が変化しても、気相と液相の比が変わるのみで圧力の変化が少ない利点がある。また、気混合状態は、装置的にも、二酸化炭素が含まれる密閉された空間の体積を変化させる際や金型形状を樹脂へ転写する際にピストンを用いる場合には、ピストン移動時にトルクが一定になり、かつ二酸化炭素からピストンにかかる荷重が一定となるため、金型押しつけ荷重の検知精度が高まるという利点があり、安全性、制御性に優れている。
【００２４】
本発明（２）は、前記液体の二酸化炭素は、３ＭＰａ〜７ＭＰａ、０℃〜３０℃であることを特徴としているが、樹脂の迅速な可塑化ひいてはスループットの向上の観点から、０℃以上で、かつ３ＭＰａ以上が好ましい。また、温度制御の観点から、温水等で実現でき、かつ温度の制御が容易な２０℃〜３０℃が更に好ましい。二酸化炭素が超臨界状態になり樹脂が発泡するリスクを避ける観点からは、３０℃以下が好ましい。
【００２５】
二酸化炭素が超臨界状態になり樹脂が発泡するリスクを避ける観点からは、７ＭＰａ以下が好ましい。気液混合状態（液体／気体の境界線上）の二酸化炭素が、温度と圧力制御の観点から、好ましい。圧力と温度とで表現される二酸化炭素の相図において、液体／気体の境界線、温度０℃のライン、圧力７．３８ＭＰａのラインで囲まれる領域の二酸化炭素が好ましい。
【００２６】
本発明（３）は、液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて樹脂を可塑化する工程に、密閉空間に樹脂を配置する工程と、前記密閉空間に液体の二酸化炭素を導入する工程と、を含むことを特徴としている。液体導入の利点は、気体導入と比べて、液化の圧縮工程を省略可能であることである。そのため、可塑化時間の短縮が可能であり、迅速な可塑化が実現できる。
【００２７】
本発明（４）は、液体の二酸化炭素を樹脂表面に接触させることにより樹脂に二酸化炭素を含浸させて樹脂を可塑化する工程に、密閉空間に樹脂を配置する工程と、前記密閉空間に気体の二酸化炭素を導入した後に密閉空間の体積を減少させて二酸化炭素を液化する工程と、を含むことを特徴としている。気体導入と加圧の利点は、液体導入と比べて、気体を導入するため、プロセスが容易であり、加圧ポンプを不要とすることもでき、装置を簡略化できることである。
【００２８】
本発明（５）では、可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程が、密閉空間内でなされることを特徴としている。密閉空間内で金型押圧の利点は、可塑化効果が持続しているため、深く転写ができることである。
【００２９】
本発明（６）では、他の態様として、可塑化した樹脂に金型を押し当てる工程が、可塑化した樹脂を密閉空間から取り出した後になされることを特徴としている。密閉空間外での金型押圧の利点として、以下の点があげられる。すなわち、金型を圧力容器外に配置して転写できるため、プロセスが容易である点、耐圧容器に可動部が不要となり、装置構成を簡略化できる点、大きなプレス力を発生させる装置が不要になる点、である。
【００３０】
なお、本発明（１）から（４）の方法によれば、液体二酸化炭素を含浸させた直後だけでなく、液体二酸化炭素を樹脂の表面から除いた後もしばらく樹脂は可塑化状態に留まるため、樹脂を密閉空間から取り出した後であっても金型形状を樹脂に転写することが可能である。
【００３１】
本発明（７）では、他の態様として、一端に開口部を有する容器を樹脂の片面に押圧することで容器と樹脂とで密閉空間を構成することを特徴としている。その利点は、樹脂をシート又は板状のまま送り出して、連続プロセスにできるため、タクトタイム短縮し、自動化を容易にできることである。
【００３２】
本発明（８）では、樹脂が、熱可塑性樹脂であることを特徴としている。液体二酸化炭素の含浸による樹脂の可塑化が比較的効果的である点から、樹脂が非晶性熱可塑性樹脂であることが更に好ましい。非晶性熱可塑性樹脂は、例えば、ＡＢＳ樹脂（以下、ＡＢＳと記す）、アクリル樹脂（以下、ＰＭＭＡと記す）、ポリエチレンテレフタラート（以下、ＰＥＴと記す）、ポリカーボネート（以下、ＰＣと記す）、ポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）、ポリスチレン（以下、ＰＳと記す）、環状オレフィン・コポリマー（以下、ＣＯＣと記す）、シクロオレフィンポリマー（以下、ＣＯＰと記す）、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、等である。更に好適には、樹脂は、極性基を持つ非晶性熱可塑性樹脂（例えば、ＡＢＳ、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＰＣ、ＰＶＣ）が好ましい。それは、これらの樹脂は、液体二酸化炭素の含浸による樹脂の可塑化が更に効果的であるためである。
【００３３】
本発明（９）は、本発明（１）から（８）に記載の発明を実施する装置に係るものである。該装置は、ベース部と容器部とで構成され、該容器部が開口部を有し、該開口部が被転写材である樹脂の表面の所定の領域を囲むように密着可能な構造となっているため、簡易な動作で樹脂と容器部とで密閉空間を構成可能である。この構造によって、シート状あるいは板状の樹脂の片面から容器部を押しあてる簡易な作業で樹脂に対して連続的に二酸化炭素を含浸することが可能となる。これによって、樹脂への二酸化炭素の含浸を効率的に行うことができ、金型表面の微細構造を転写することが可能な状態になっている樹脂を効率的に得ることができる。また、密閉空間の体積を圧縮させる手段としては、ピストンが挙げられる。また、密閉空間の体積を保持させる手段としては、二酸化炭素からの圧力に抗して樹脂と容器部の密着を継続可能なプレス機構等の機構が挙げられる。
【００３４】
本発明（１０）は、本発明（１）から（８）に記載の発明を実施する装置に係るものである。該装置は、本発明（９）に記載の構成の装置に加えて、密閉空間の体積を保持あるいは圧縮させる手段としてピストンを有しており、また、表面に微細構造を有する金型をピストンに保持する手段を有しているため、密閉空間内での金型の微細形状の転写が可能となる。なお、該手段では、ピストンが金型を直接保持してもよいし、金型押さえなどを介して間接的に保持してもよい。ピストンが金型を間接的に保持する構成を採用すると、ピストンの先端と金型との距離を任意に選択可能とすることができ、二酸化炭素を樹脂に含浸させる際の圧力と形状転写の際の圧力とを分けて制御できるようになるので好ましい。更に、樹脂への金型の転写圧力を調整可能とするために、ピストンの先端と金型との距離を調整できる機構を有することが好ましい。樹脂への金型押圧の圧力を均一化する観点から、金型はピストンの先端に弾性体を介して保持されていることが好ましい。
【００３５】
［技術の概要］
ここで、本発明に係る技術の概要をまとめると、本発明は、液化二酸化炭素で樹脂表面を可塑化した後に金型を押し当て、金型表面の凹凸の形状を樹脂に転写する手法及びそれを実現する装置に関するものである。装置に関しては、特に片面から押し当てることにより樹脂製品を高圧容器に合わせて切断することなく形状転写を可能とすることを特徴としている。本発明の装置の概要を図１に示す。次に、本装置が想定する加工手法の例を具体的に説明する。
【００３６】
［加工法１］
加工法１は、樹脂板に圧力容器をかぶせた状態で、蒸気圧に近い気体の二酸化炭素を導入し、ピストンを下げて圧縮・液化して樹脂板を液体の二酸化炭素で可塑化した後に、金型を樹脂板に押し当てて金型の表面形状を樹脂板に転写する方法である。図２に、本加工法のフローの概念図を示す。
【００３７】
加工法１のフローと装置の動作は、図２の（ａ）から（ｈ）の順に示される。前段、すなわち樹脂を可塑化する工程は、ベース部の上に樹脂板を置く工程（ａ）、圧力容器（容器部）を樹脂板に押し付けることによって圧力容器とピストンと樹脂とで密閉空間を構成するとともに樹脂が密閉空間に配置される工程（ｂ）、気体の二酸化炭素を導入する工程（ｃ）、ピストンを下げ、圧力容器の体積、すなわち、圧力容器とピストンと樹脂とで構成されている密閉空間の体積を減少させ、二酸化炭素を液化し、樹脂板を液体二酸化炭素に浸す工程（ｄ）、の順に実施される。これらの一連の工程によって、樹脂が可塑化し金型の形状が転写可能な状態になる。樹脂の可塑化の程度は、工程（ｄ）の樹脂を液体二酸化炭素に浸す工程の時間を選択することによって調整することが可能である。
【００３８】
そして、後段、すなわち樹脂に金型形状を転写する工程は、更にピストンを下げ、金型を表面が可塑化した樹脂に押し当てる工程（ｅ）、ピストンを戻す工程（ｆ）、二酸化炭素を排気する工程（ｇ）、圧力容器を樹脂板から離す工程（ｈ）、の順に実施される。これら一連の工程によって、樹脂の表面に金型の形状が転写された樹脂を得ることができる。転写深さは、工程（ｄ）で選択した可塑化時間によって調整可能である。
【００３９】
［加工法２］
加工法２は、樹脂板に圧力容器をかぶせた状態で、液体の二酸化炭素を導入して、樹脂板を液体の二酸化炭素で可塑化した後に、金型を樹脂板に押し当てて金型の表面形状を樹脂板に転写する方法である。最初から液体の二酸化炭素を導入するので、加工法１のピストンを下げて液化する工程を省いた処理となる。図３に、本加工法のフローの概念図を示す。
【００４０】
加工法２のフローと装置の動作は、図３の（ａ）から（ｇ）の順に示される。前段は、ベース部の上に樹脂板を置く工程（ａ）、圧力容器を樹脂板に押し付けることによって圧力容器と樹脂とで密閉空間を構成するとともに樹脂が密閉空間に配置される工程（ｂ）、液体の二酸化炭素を導入し、樹脂板の表面を液体二酸化炭素で浸す工程（ｃ）、の順に実施される。これらの一連の工程によって、樹脂が可塑化し金型の形状が転写可能な状態になる。樹脂の可塑化の程度は、工程（ｃ）の樹脂を液体二酸化炭素に浸す工程の時間を選択することによって調整することが可能である。なお、液体の二酸化炭素を導入した際に、一部が気化するが、気液混合状態になって樹脂の表面を液体二酸化炭素が覆う状態になっていれば十分である。
【００４１】
そして、後段は、ピストンを下げ、金型を表面が可塑化した樹脂に押し当てる工程（ｄ）、ピストンを戻す工程（ｅ）、二酸化炭素を排気する工程（ｆ）、圧力容器を樹脂板から離す工程（ｇ）、の順に実施される。これら一連の工程によって、樹脂の表面に金型の形状が転写された樹脂を得ることができる。
【００４２】
［加工法３］
加工法３は、樹脂板に圧力容器をかぶせた状態で、蒸気圧に近い気体の二酸化炭素を導入し、ピストンを下げて圧縮・液化し樹脂板を液体の二酸化炭素で可塑化する。その後、一旦二酸化炭素を大気開放し、表面が可塑化した樹脂板が可塑化前の状態に戻る前に金型を樹脂板に押し当て、金型の表面形状を樹脂板に転写する方法である。図４に、本加工法のフローの概念図を示す。
【００４３】
加工法３のフローと装置の動作は、図４の（ａ）から（ｊ）の順に示される。前段は、ベース部の上に樹脂板を置く工程（ａ）、圧力容器を樹脂板に押し付けることによって圧力容器とピストンと樹脂とで密閉空間を構成するとともに樹脂が密閉空間に配置される工程（ｂ）、気体の二酸化炭素を導入する工程（ｃ）、ピストンを下げ、圧力容器の体積、すなわち、圧力容器とピストンと樹脂とで構成されている密閉空間の体積を減少させ、二酸化炭素を液化し、樹脂板を液化炭酸ガスに浸す工程（ｄ）、ピストンを戻す工程（ｅ）、二酸化炭素を排気する工程（ｆ）、圧力容器を樹脂板から離す工程（ｇ）、の順に実施される。これらの一連の工程によって、樹脂が可塑化し金型の形状が転写可能な状態になる。樹脂の可塑化の程度は、工程（ｄ）の樹脂を液体二酸化炭素に浸す工程の時間を選択することによって調整することが可能である。
【００４４】
そして、後段は、圧力容器を金型転写処理装置に移動する工程（ｈ）、金型を樹脂板に押し付ける工程（ｉ）、金型を戻し転写処理を完了する工程（ｊ）、の順に実施される。これらの一連の工程によって、樹脂の表面に金型の形状が転写された樹脂を得ることができる。
【００４５】
［加工法４］
加工法４は、樹脂板に圧力容器をかぶせた状態で、液体の二酸化炭素を導入して、樹脂板を液体の二酸化炭素で可塑化し、その後、一旦二酸化炭素を大気開放し、表面が可塑化した樹脂板が可塑化前の状態に戻る前に金型を樹脂板に押し当て、金型の表面形状を樹脂板に転写する方法である。該加工法では、最初から液体の二酸化炭素を導入するので、加工法３のピストンを下げて液化する工程を省いた処理となる。図５に、本加工法のフローの概念図を示す。
【００４６】
加工法４のフローと装置の動作は、図５の（ａ）から（ｈ）の順に示される。前段は、ベース部の上に樹脂板を置く工程（ａ）、圧力容器を樹脂板に押し付けることによって圧力容器とピストンと樹脂とで密閉空間を構成するとともに樹脂が密閉空間に配置される工程（ｂ）、液体の二酸化炭素を導入し、樹脂板の表面を液体二酸化炭素で浸す工程（ｃ）、二酸化炭素を排気する工程（ｄ）、圧力容器を樹脂板から離す工程（ｅ）、の順に実施される。これらの一連の工程によって、樹脂が可塑化し金型の形状が転写可能な状態になる。樹脂の可塑化の程度は、工程（ｃ）の樹脂を液体二酸化炭素に浸す工程の時間を選択することによって調整することが可能である。
【００４７】
そして、後段は、圧力容器を金型転写処理装置に移動する工程（ｆ）、金型を樹脂板に押し付ける工程（ｇ）、金型を戻す工程（ｈ）、の順に実施される。これらの一連の工程によって、樹脂の表面に金型の形状が転写された樹脂を得ることができる。
【００４８】
本発明は、前記加工法１〜４のいずれの方法でも実施することができる。本発明を実施する際の具体的プロセス及び条件は、実施例１〜３に示したプロセス及び条件と同等ないし均等の範囲で適宜変更することが可能である。また、本発明の装置の基本構成は、例えば、図１に示されるように、二酸化炭素の導入バルブ、二酸化炭素の排出バルブ、圧力容器、金型、金型押さえ、バネを備えたピストン、ベース部を具備した装置が例示されるが、その具体的構成は、必要により適宜設計することが可能であり、その構成は制限されるものではない。
【００４９】
図１に示す装置の態様では、ベース部（２）が被転写材である樹脂（１）を保持可能となっている。圧力容器（３）が容器部として、樹脂表面に密着可能な開口部（７）を有する構造となっており、樹脂（１）、ピストン（８）とともに密閉空間を構成可能となっている。圧力容器（３）に設けられた二酸化炭素の導入部（４）から二酸化炭素導入バルブ（５）を通じて密閉空間への液体あるいは気体の二酸化炭素が導入可能となっている。ピストン（８）が、密閉空間の圧力を保持あるいは増加させる手段となっている。金型押さえ（１０）が、金型（１１）をピストン（８）の先端に保持する手段となっている。そして、金型押さえ（１０）とバネ（９）とで、ピストン（１１）の先端と金型（１１）の距離とを調整できる機構を構成している。なお、図中、（６）は二酸化炭素排出バルブを示す。
【発明の効果】
【００５０】
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）液体二酸化炭素を用いることで、室温付近の温度で形状転写できるため、加熱機構が不要あるいは簡易な加熱機構を用いることが可能となる。
（２）液体二酸化炭素の場合には、減圧時に発泡が起きにくいために、微細な形状の転写が必要な部品、例えば、光学部品への形状転写も可能である。
（３）高圧容器内のすべての二酸化炭素を液化する必要がないので、従来の技術よりもプレス力を低減でき、大かがりな装置を必要としない。
（４）樹脂製品を高圧容器に合わせて切断することなく形状転写することができる。
（５）気液混合状態は、体積の変化により気相と液相の比が変わるのみで圧力の変化が少なく、体積の減少に対して圧力が上昇する超臨界状態と比べて、安全性、制御性に優れている。
（６）樹脂の転写面の表面のみを転写面側から可塑化するため、転写条件が樹脂の厚さに左右されない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の装置の基本構成
【図２】加工法１のフローと該フローにおける装置の動作の状態の概念図
【図３】加工法２のフローと該フローにおける装置の動作の状態の概念図
【図４】加工法３のフローと該フローにおける装置の動作の状態の概念図
【図５】加工法４のフローと該フローにおける装置の動作の状態の概念図
【図６】実施例で用いた装置の概念図
【図７】金型と、処理後の転写された樹脂板の写真
【図８】実施例１における実験のフローの概念図
【図９】実施例２における実験のフローの概念図
【図１０】実施例３における実験のフローの概念図
【図１１】実施例４における実験のフローの概念図
【発明を実施するための形態】
【００５２】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５３】
以下に、本発明の方法の有効性を調べるため行った実験を実施例として示す。以下の実施例では、図６の装置を使用した。樹脂板（樹脂）１を板受け（ベース部）２と高圧容器（容器部としての圧力容器）３で挟み、四隅の六角穴付ボルト１５で固定した。圧力容器３は、樹脂板（樹脂）１及びピストン８とＯリング１４でそれぞれシールされて密閉空間を構成している。この状態で、樹脂板（樹脂）１をプレス装置に取り付け、樹脂１への転写実験を行った。なお、図中、４は二酸化炭素の導入部、５は二酸化炭素導入バルブ、６は二酸化炭素排出バルブ、７は開口部、９はバネ、１２は気体二酸化炭素、１３は液体二酸化炭素を示す。
【００５４】
板受け（ベース部）２と圧力容器３、ピストン８、金型押さえ１０の材料には、ＳＵＳ３１６を使用した。また、金型１１の材料には、グラッシーカーボンを使用した。その大きさは、２０ｍｍ×２０ｍｍで、金型表面の全面に線幅１００μｍ、深さ４７μｍのＶ溝形状が加工されている。転写された溝の深さを３次元非接触測定機（三鷹光器  ＮＨ−３ＳＰ）で測定して、転写深さとした。図７（ａ）に、金型押さえに取り付けた金型の写真を示す。
【００５５】
実施例１
［気体の二酸化炭素を導入して、ピストンで液化後、金型の形状を転写する実施例］
本実施例のフローにおける装置の動作の状態の概念図を図８の（ａ）〜（ｆ）に示す。室温で、二酸化炭素の蒸気圧（ボンベ圧：本実施例では５ＭＰａ）に相当する二酸化炭素を導入バルブから導入し（ｂ）、ピストンを下げ、圧力容器内の体積を減少させることで、二酸化炭素を液化し、樹脂板表面を液体二酸化炭素で浸す状態を作った（ｃ）。
【００５６】
この状態で二酸化炭素を１分間樹脂板表面に含浸させることで表面を可塑化し、その後ピストンを更に下げて金型を樹脂表面に１分間押し当てた（ｄ）。そして、ピストンをもとの位置に戻し（ｅ）、排出バルブを開放して二酸化炭素を排出した（ｆ）。
【００５７】
ＰＭＭＡ（アクリライト（登録商標）Ｌ  三菱レイヨン株式会社）に転写した結果、１１μｍの転写深さであった。図７（ｂ）に転写した樹脂板の写真を示す。同様に各種樹脂板で実験したところ、ＡＢＳ樹脂（ＡＢＳクリアー  三協化成株式会社）で２６μｍ、ＰＥＴ（サンデーＰＥＴ（登録商標）  三菱レイヨン株式会社）で１０μｍ、ＰＣ（ユーピロン（登録商標）ＮＦ２０００  三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社）で４μｍ、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）で４μｍ、ＰＳ（ポリスチレン）で１０μｍ、ＣＯＣ（ＴＯＰＡＳ（登録商標）  ポリプラスチックス株式会社）で２μｍ、ＣＯＰ（ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）  日本ゼオン株式会社）で１μｍ、ＰＰ（ポリプロピレン）で１μｍの各深さまで金型形状が転写できた。
【００５８】
また、ＰＭＭＡ（クラレックス（登録商標）Ｓ  日東樹脂工業株式会社）を用いて、板厚を変えて同様の実験を行った。その結果、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍのすべての板厚において、転写深さが７μｍで、本発明は、処理する板の厚さによらないことが示された。
【００５９】
実施例２
［液体の二酸化炭素を導入して、金型の形状を転写する実施例］
本実施例のフローにおける装置の動作の状態の概念図を図９の（ａ）〜（ｅ）に示す。室温で、二酸化炭素の蒸気圧（ボンベ圧）より高い圧力（８ＭＰａ）で圧力容器手前の配管内を液体二酸化炭素で満たしてから、二酸化炭素を導入バルブから導入し、樹脂板表面を液体二酸化炭素で浸す状態を作った（ｂ）。
【００６０】
この状態で二酸化炭素を１分間樹脂板表面に含浸させることで表面を可塑化し、その後、ピストンを下げて金型を樹脂表面に１分間押し当てた（ｃ）。その後、ピストンをもとの位置に戻し（ｄ）、排出バルブを開放して二酸化炭素を排出した（ｅ）。
【００６１】
本実施例で、板厚１ｍｍのＰＭＭＡ（アクリライトＬ）で、１１μｍの深さまで金型形状が転写された。表面を可塑化させる時間と転写圧を同等に保てば、気体の二酸化炭素を導入してピストンで圧縮・液化して可塑化した実施例１とほぼ同じ結果が得られることを確認した。
【００６２】
実施例３
［気体の二酸化炭素を導入して、ピストンで液化して樹脂を可塑化した後、大気圧に開放した後、樹脂が可塑化している間に金型の形状を転写する実施例］
本実施例のフローにおける装置の動作の状態の概念図を図１０の（ａ）〜（ｆ）に示す。室温で、二酸化炭素の蒸気圧（ボンベ圧）に相当する二酸化炭素を導入バルブから導入し（ｂ）、ピストンを下げ、圧力容器内の体積を減少させることで、二酸化炭素を液化し、樹脂板表面を液体二酸化炭素で浸す状態を作った（ｃ）。
【００６３】
この状態で二酸化炭素を１分間樹脂板表面に含浸させることで表面を可塑化し、排出バルブを開け、圧力容器内の二酸化炭素を排出した（ｄ）。二酸化炭素排出後、排出バルブを開放したままピストンを更に下げて金型を樹脂表面に１分間押し当てた（ｅ）。その後、ピストンをもとの位置に戻した（ｆ）。
【００６４】
本実施例で、板厚１ｍｍのＰＭＭＡ（アクリライトＬ）で、３μｍの深さまで形状転写された。一度大気開放すると樹脂に含浸させた二酸化炭素が徐々に放出されるため、実施例１及び実施例２よりも転写深さが浅くなる。この実験により、液体二酸化炭素での可塑化を行った場合、一旦大気開放しても直ちに金型を押し当てれば、金型の形状が転写されることが示された。
【００６５】
実施例４
［液体の二酸化炭素を導入して、樹脂を可塑化した後、大気圧に開放した後、樹脂が可塑化している間に金型の形状を転写する実施例］
本実施例のフローにおける装置の動作の状態の概念図を図１１の（ａ）〜（ｅ）に示す。室温で、二酸化炭素の蒸気圧（ボンベ圧）より高い圧力（８ＭＰａ）で圧力容器手前の配管内を液体二酸化炭素で満たしてから、二酸化炭素を導入バルブから導入し、樹脂板表面を液体二酸化炭素で浸す状態を作った（ｂ）。
【００６６】
この状態で二酸化炭素を１分間樹脂板表面に含浸させることで表面を可塑化し、排出バルブを開け、圧力容器内の二酸化炭素を排出した（ｃ）。二酸化炭素排出後、排出バルブを開放したままピストンを更に下げて金型を樹脂表面に１分間押し当てた（ｄ）。その後、ピストンをもとの位置に戻した（ｅ）。
【００６７】
本実施例で、板厚１ｍｍのＰＭＭＡ（アクリライトＬ）で、３μｍの深さまで金型の形状が転写された。表面を可塑化させる時間と転写圧を同等に保てば、気体の二酸化炭素を導入してピストンで圧縮・液化して可塑化した実施例３とほぼ同じ結果が得られることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上詳述したとおり、本発明は、樹脂への形状転写方法及びその装置に係るものであり、本発明は、液体二酸化炭素を用いることで、室温で転写できるため、装置に温度調整機能が不要あるいは簡易な温度調整機能の装置を用いることが可能となる。また、本発明では、液体二酸化炭素の場合には、減圧時に発泡が起きにくいために、光学部品への形状転写も可能である。また、本発明では、高圧容器内のすべての二酸化炭素を液化する必要がないので、従来の技術よりもプレス力を低減でき、大かがりな装置を必要としない。更に、本発明では、樹脂製品を高圧容器に合わせて切断することなく形状転写することができる。本発明は、減圧したときに樹脂が発泡することがなく、光学部品として使用することができる形状転写を可能とする、金型表面の微細パターンを樹脂表面へ転写する方法及びその装置を提供するものとして有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１  樹脂
２  ベース部
３  圧力容器
４  二酸化炭素の導入部
５  二酸化炭素導入バルブ
６  二酸化炭素排出バルブ
７  開口部
８  ピストン
９  バネ
１０  金型押さえ
１１  金型
１２  気体二酸化炭素
１３  液体二酸化炭素
１４  Ｏリング
１５  六角穴付ボルト
【図６】
2014188950.tif 000003
【図１】
2014188950.tif 000004
【図２】
2014188950.tif 000005
【図３】
2014188950.tif 000006
【図４】
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【図５】
2014188950.tif 000008
【図７】
2014188950.tif 000009
【図８】
2014188950.tif 000010
【図９】
2014188950.tif 000011
【図１０】
2014188950.tif 000012
【図１１】
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