(57)【要約】  【課題】  より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細形状を有する成形物を成形できる成形方法、成形装置及びその冷却装置、並びに光学素子を提供する。  【解決手段】  型部材Ｍを被成形材Ｐに対向させ、微細形状が被成形材Ｐに接触した後に、第１の速度で押圧することにより、被成形材Ｐの表面のみを溶融させて、微細形状を転写できる状態とし、その後、型部材Ｍを被成形材Ｐに対して第１の速度より速い第２の速度で押圧することで、微細形状の転写を実行することで、被成形材Ｐの加熱溶融を抑制して、精度の良い転写を行えるようにした。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細形状を有する型の温度を、加熱することで変形する素材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記素材に対向させ、前記微細形状が前記素材に接触した後に、第１の速度で押圧するステップと、
前記型を前記素材に対して前記第１の速度より速い第２の速度で押圧するステップと、
前記型を前記素材から離型させるステップと、を有することを特徴とする成形方法。
【請求項２】
前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧するステップの後に、前記型を冷却するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の成形方法。
【請求項３】
前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧するステップの後に、再加圧するステップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の成形方法。
【請求項４】
前記型を前記素材に対して前記第１の速度で押圧する際の押圧力は、前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧する際の押圧力の１／２以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形方法。
【請求項５】
前記型と前記素材とが接触した時から離れるまでの間に、所定時間だけ前記型の速度をゼロに維持する保圧期間が少なくとも１回設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形方法。
【請求項６】
前記第１の速度は、前記型の微細形状のアスペクト比が大きいほど、遅くされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形方法。
【請求項７】
前記型の表面には撥水処理が施されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成形方法。
【請求項８】
所定の方向に並んだ微細形状を有する型の温度を、加熱することで変形する素材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記素材を前記型に対して傾け、前記所定の方向と交差する方向における前記微細形状の一部から前記素材に接触するようにして押圧するステップと、を有することを特徴とする成形方法。
【請求項９】
前記型が前記素材に接触した後に、傾きが減少するように前記型の前記素材に対する姿勢を変更するステップと、
前記素材を前記型に対して傾け、前記所定の方向と交差する方向における前記微細形状の一部から前記素材より離脱するようにして離型させるステップと、を有することを特徴とする請求項８に記載の成形方法。
【請求項１０】
前記型は、前記素材に対して０を超え０．５度以下の範囲で傾けられることを特徴とする請求項８又は９に記載の成形方法。
【請求項１１】
傾きが減少するように前記型の前記素材に対する姿勢を変更した後に、前記型を冷却するステップを有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の成形方法。
【請求項１２】
加熱することで変形する素材に対して押しつけられる、微細形状を有する型の冷却装置であって、加熱源と前記型との間に、冷媒の通路を設けていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１３】
プラスチックの材料からなり、ベースと、前記ベース上で所定の方向に並んだ微細な凹凸とを有し、前記凹凸のピッチが１６００ｎｍ以下であり、前記凹凸のアスペクト比が１．２５以上であることを特徴とする光学素子。
【請求項１４】
前記プラスチックの屈折率は、１．４以上１．８以下であることを特徴とする請求項１３に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記凹凸に隣接した平面に、前記凹凸に対応する溝が形成されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記凹凸は、前記ベース上に所定のピッチで配列された複数の板状の構造物からなり、前記板状の構造物の前記ベースから遠い側の縁の端部は、前記板状の構造物の配列方向に見たときに、円弧もしくは直線によりカットされていることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１７】
前記円弧もしくは直線によりカットされる位置は、前記板状の構造物の前記ベースから遠い側の縁より、前記板状の構造物高さの９５％以下であることを特徴とする請求項１６に記載の光学素子。
【請求項１８】
前記光学素子は、波長板であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１９】
前記微細な凹凸のピッチＰは、３００〜４００ｎｍであり、前記凸部の幅は、０．６×Ｐ〜０．９×Ｐｎｍであり、前記凸部の高さは、５００〜３０００ｎｍであることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２０】
前記光学素子に、波長４００ｎｍの光束及び波長６５０ｎｍの光束を入射させたとき、それぞれ（０．２５±０．０５）λの位相差を持つ光束を出射することを特徴とする請求項１９に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記光学素子に、波長７８０ｎｍの光束を入射させたとき、（０．２５±０．０５）λの位相差を持つ光束を出射することを特徴とする請求項１９に記載の光学素子。
【請求項２２】
微細形状を有する型と、
前記型を加熱するヒータと、
前記型を駆動する駆動部とを有し、
前記ヒータが、前記型の温度を、加熱することで変形する素材のガラス転移点温度より高く設定したときに、前記駆動部は、前記型の微細形状を前記素材に接触させてから第１の速度で押圧し、その後、前記素材に対して前記第１の速度より速い第２の速度で押圧することを特徴とする成形装置。
【請求項２３】
前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧した後に、前記型を冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項２２に記載の成形装置。
【請求項２４】
前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧するステップの後に、前記駆動部は、前記型を駆動して再加圧を行うことを特徴とする請求項２２又は２３に記載の成形装置。
【請求項２５】
前記型を前記素材に対して前記第１の速度で押圧する際の押圧力は、前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧する際の押圧力の１／２以下であることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれかに記載の成形装置。
【請求項２６】
前記型と前記素材とが接触した時から離れるまでの間に、所定時間だけ前記型の速度をゼロに維持することを特徴とする請求項２２〜２５のいずれかに記載の成形装置。
【請求項２７】
前記第１の速度は、前記型の微細形状のアスペクト比が大きいほど、遅くされることを特徴とする請求項２２〜２６のいずれかに記載の成形装置。
【請求項２８】
前記型の表面には撥水処理が施されていることを特徴とする請求項２２〜２７のいずれかに記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細形状を有する成形物を成形する成形方法、かかる成形に適した冷却装置、光学素子及び成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。
【０００３】
更に、近年の光ピックアップ装置は、より短波長の半導体レーザからの光束を用いて、ＨＤ  ＤＶＤ，ＢＤなどの記録媒体に対して高密度な情報の記録及び／又は再生を行えるものが開発されており、その光学系に用いられる光学素子として、入射光の偏光を変えて出射する波長板が知られている。
【０００４】
ここで、波長板は、一般的には、特定の波長に対応してそれぞれに厚みを設定して複屈折特性を有する人工水晶を研磨し、各々の結晶の光学軸が直交するように貼りあわせたものである。従って、１個当たりの単価が高いという問題がある。これに対し、複屈折特性を有しない素材であっても、透過する光束の波長の１／２のピッチで、微細な凹凸を繰り返してなる微細形状を形成すれば、同様な複屈折特性を発揮できることが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２４８１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かかる凹凸は、繰り返しピッチが小さい割に背の高い、いわゆる高アスペクト比の形状とする必要があり、そのような微細周期構造の凹凸を形成することは理論的には可能であるが、製品化をある程度の量の生産をする場合、高コストがネックとなる。特に、特許文献１においては、微細周期構造の型を作り、ここに圧力をかけて溶融したプラスチックを流し込み、圧力をかけて成形することで製品が得られるとしているが、溶融したプラスチックには表面張力があるので、例えば１６００ｎｍ以下の極めて狭い溝内に、溶融したプラスチックを充填することは実際的には困難である。従って、成形により微細周期構造を大量生産することは、従来は不可能であったといえる。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細形状を有する成形物を成形できる成形方法、成形装置及びその冷却装置、並びに光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明の成形方法は、
微細形状を有する型の温度を、加熱することで変形する素材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記素材に対向させ、前記微細形状が前記素材に接触した後に、第１の速度で押圧するステップと、
前記型を前記素材に対して前記第１の速度より速い第２の速度で押圧するステップと、
前記型を前記素材から離型させるステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
上述の問題点に鑑みて、本発明者らは鋭意研究の結果、従来と全く異なる視点から、微細形状を有する成形物を成形できる方法を創案した。すなわち、加熱することで変形する素材の場合、微細形状を有する型を加熱して、その表面に押しつけると、押しつけた表面が溶融して微細形状に倣い、その結果、アスペクト比が高くても精密に型の微細形状を転写した成形物を得られることを見出したのである。かかる場合、特許文献１に記載されているように、溶融したプラスチックを用意する必要がなく製造装置自体も簡素なもので足り、製造設備が低コスト化され、また短時間で大量な成形物を製造することが可能となる。
【０００９】
ところが、本発明者らによる更なる実験を通じて、上述の微細形状の転写手法を用いて、配列ピッチが極めて小さく且つ高いアスペクト比の微細形状を形成しようとすると、加熱溶融した素材が流れてしまい、所望の形状が得られないことが判明した。
【００１０】
そこで、本発明者らは更に鋭意研究を重ねることで、溶融した素材が流れやすい素材の場合に、特に高アスペクト比の微細形状を形成する際の不良率を低減させるのに効果的な技術を導出した。即ち、加熱した型で素材全体を加熱すると、素材全体が溶融して流れ出してしまうという問題に鑑みて、まず、前記型を前記素材に対向させ、前記微細形状が前記素材に接触した後に、第１の速度で押圧することにより、素材の表面のみを溶融させて、前記微細形状を転写できる状態とし、その後、前記型を前記素材に対して前記第１の速度より速い第２の速度で押圧することで、微細形状の転写を実行し、素材の加熱溶融を抑制して、精度の良い転写を行えるようにしたのである。尚、前記第１の速度とは、ゼロ即ち前記型を前記素材に対して静止させる場合を含む。また、「微細形状」とは、凹凸のピッチが１６００ｎｍ以下、アスペクト比が１．２５以上好ましくは３以上の形状をいうものとする。
【００１１】
更に、前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧するステップの後に、前記型を冷却するステップを有すると、冷却により素材が固化して前記微細形状を維持できるので好ましい。
【００１２】
更に、前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧するステップの後に、再加圧するステップを有すると、前記素材の収縮があっても、前記微細形状を精度良く形成できるので好ましい。
【００１３】
更に、前記型を前記素材に対して前記第１の速度で押圧する際の押圧力は、前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧する際の押圧力の１／２以下であると、適切な微細形状の転写を行えるので好ましい。
【００１４】
更に、前記型と前記素材とが接触した時から離れるまでの間に、所定時間だけ前記型の速度をゼロに維持する保圧期間が少なくとも１回設けられていると、加熱溶融した前記素材の流れ出しを効果的に抑制できる。
【００１５】
更に、前記第１の速度は、前記型の微細形状のアスペクト比が大きいほど、遅くされると、高アスペクト比の微細形状を精密に転写しやすくなるので好ましい。ここで、「アスペクト比」とは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、微細形状の凹部又は凸部の幅をＡ、深さ又は高さをＢとしたときに、Ｂ／Ａで表される値をいう。
【００１６】
更に、前記型の表面には撥水処理が施されていると、素材の張り付きを抑制できるので好ましい。ここで、撥水処理とは、例えば型の表面に水滴を乗せたとき、その接触角が６０度以上となる処理をいうものとする。
【００１７】
第２の本発明の成形方法は、
所定の方向に並んだ微細形状を有する型の温度を、加熱することで変形する素材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記素材を前記型に対して傾け、前記所定の方向と交差する方向における前記微細形状の一部から前記素材に接触するようにして押圧するステップと、を有することを特徴とする。
【００１８】
更に、前記型が前記素材に接触した後に、傾きが減少するように前記型の前記素材に対する姿勢を変更するステップと、前記素材を前記型に対して傾け、前記所定の方向と交差する方向における前記微細形状の一部から前記素材より離脱するようにして離型させるステップと、を有すると好ましい。
【００１９】
本発明者らは更に鋭意研究を重ねることで、溶融した素材が流れやすい素材の場合に、特に高アスペクト比の微細形状を形成する際の不良率を低減させるのに効果的な技術を導出した。即ち、加熱した型で素材全体を加熱したときに、素材全体が溶融して流れ出してしまう方向が定まらないという問題に鑑みて、前記型を前記素材に接触させる際に傾けることを見出したのである。又、前記型を前記素材から離型させる際に傾けると、素材のひずみが生じにくくなることも見出した。それにより精度の良い微細形状の転写が実現できた。
【００２０】
更に、前記型は、前記素材に対して０を超え０．５度以下の範囲で傾けられるので、加熱溶融した前記素材の流れを制御できるので好ましい。
【００２１】
更に、傾きが減少するように前記型の前記素材に対する姿勢を変更した後に、前記型を冷却するステップを有すると好ましい。
【００２２】
第３の本発明の冷却装置は、
加熱することで変形する素材に対して押しつけられる、微細形状を有する型の冷却装置であって、加熱源と前記型との間に、冷媒の通路を設けていることを特徴とする。
【００２３】
例えば上述の製造方法を用いて、微細形状を素材に形成しようとするときは、ベース形状が加熱した型からの熱によって変形しないように、第２の押圧工程が完了した時点で、加熱した型を急激に冷却する必要がある。本発明の冷却装置は、かかる目的を達成するために、加熱源と前記型との間に冷媒の通路を設けており、型の加熱時には前記通路内に冷媒が存在しないようにして、加熱効率を高め、型の冷却時には、前記通路に冷媒を流すことで、型を一気に冷却するようにし、且つ加熱源の余熱を吸収し、それにより素材の固化を早めることができる。
【００２４】
第４の本発明の光学素子は、
プラスチックの材料からなり、ベースと、前記ベース上で所定の方向に並んだ微細な凹凸とを有し、前記凹凸のピッチが１６００ｎｍ以下であり、前記凹凸のアスペクト比が３以上であることを特徴とする。
【００２５】
上述の製造方法を用いることで、凹凸のピッチが１６００ｎｍ以下であり、凹凸のアスペクト比が１．２５以上（好ましくは３以上）である微細形状を有する光学素子の大量生産が実現することとなった。
【００２６】
更に、前記プラスチックの屈折率は、１．４以上１．８（より好ましくは１．７）以下であると好ましい。
【００２７】
更に、前記凹凸に隣接した平面に、前記凹凸に対応する溝が形成されていると好ましい。
【００２８】
更に、前記凹凸は、前記ベース上に所定のピッチで配列された複数の板状の構造物からなり、前記板状の構造物の前記ベースから遠い側の縁の端部は、前記板状の構造物の配列方向に見たときに、円弧もしくは直線によりカットされていると、板状の構造物の剛性を高めることができ、板状の構造物形成時にも素材の流れが良くなるので好ましい。
【００２９】
更に、前記円弧もしくは直線によりカットされる位置は、前記板状の構造物の前記ベースから遠い側の縁より、前記板状の構造物高さの９５％以下であると好ましい。
【００３０】
更に、前記光学素子は、波長板であると好ましい。
【００３１】
更に、前記微細な凹凸のピッチＰは、３００〜４００ｎｍであり、前記凸部の幅は、０．６×Ｐ〜０．９（より好ましくは０．７）×Ｐｎｍであり、前記凸部の高さは、５００〜３０００ｎｍであると好ましい。
【００３２】
更に、前記光学素子に、波長４００ｎｍの光束及び波長６５０ｎｍの光束を入射させたとき、それぞれ（０．２５±０．０５）λの位相差を持つ光束を出射すると好ましい。
【００３３】
更に、前記光学素子に、波長７８０ｎｍの光束を入射させたとき、（０．２５±０．０５）λの位相差を持つ光束を出射すると好ましい。
【００３４】
第５の本発明の成形装置は、
微細形状を有する型と、
前記型を加熱するヒータと、
前記型を駆動する駆動部とを有し、
前記ヒータが、前記型の温度を、加熱することで変形する素材のガラス転移点温度より高く設定したときに、前記駆動部は、前記型の微細形状を前記素材に接触させてから第１の速度で押圧し、その後、前記素材に対して前記第１の速度より速い第２の速度で押圧することを特徴とする。
【００３５】
本発明の成形装置によれば、加熱した型で素材全体を加熱すると、素材全体が溶融して流れ出してしまうという問題に鑑みて、まず、前記型を前記素材に対向させ、前記微細形状が前記素材に接触した後に、前記駆動部により第１の速度で押圧することにより、素材の表面のみを溶融させて、前記微細形状を転写できる状態とし、その後、前記型を前記素材に対して前記第１の速度より速い第２の速度で押圧することで、微細形状の転写を実行し、素材の加熱溶融を抑制して、精度の良い転写を行えるようにしている。
【００３６】
更に、前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧した後に、前記型を冷却する冷却装置を有すると好ましい。かかる冷却装置としては、第３の発明の冷却装置を好適に利用できる。
【００３７】
更に、前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧するステップの後に、前記駆動部は、前記型を駆動して再加圧を行うと好ましい。
【００３８】
更に、前記型を前記素材に対して前記第１の速度で押圧する際の押圧力は、前記型を前記素材に対して前記第２の速度で押圧する際の押圧力の１／２以下であると好ましい。
【００３９】
更に、前記型と前記素材とが接触した時から離れるまでの間に、所定時間だけ前記型の速度をゼロに維持すると、加熱溶融した前記素材の流れ出しを効果的に抑制できる。
【００４０】
更に、前記第１の速度は、前記型の微細形状のアスペクト比が大きいほど、遅くされると好ましい。
【００４１】
更に、前記型の表面には撥水処理が施されていると好ましい。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細形状を有する成形物を成形できる成形方法、成形装置及びその冷却装置、並びに光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャートである。図３は、本実施の形態にかかる成形方法に用いる型の斜視図である。図４は、本実施の形態にかかる成形装置及び成形方法の工程の一部を示す概略図である。図５は、時間に対する、型温度、Ｔｇ層の厚さ、Ｔｇ層の強度、プレス圧を示すグラフである。
【００４４】
図４において、ＳＵＳ３０４により形成され不図示のフレームに固定された下型１の上方に、ＳＵＳ３０４により形成された上型２が相対移動可能に配置されている。中空である上型２の内部には、電源ＥにスイッチＳＷを介して接続されたヒータ４が配置されている。又、上型２の上部には、駆動部である油圧シリンダ６のピストン部６ａが連結されている。ピストン部６ａは、不図示の油圧源から油圧シリンダ６に加圧された作動油が供給されることにより図で下方に移動し、油圧源へと作動油が戻ることで図で上方へと移動するようになっている。上型２の下面には、型部材Ｍが配置されている。一方、下型１の内部には、冷却用の配管５が配置されているが、配管５を下型１に設ける代わりに、後述する冷却装置（図１０参照）を上型２に取り付けても良い。上型２と型部材Ｍとで、請求項にいう型を構成する。
【００４５】
図３に示すように、型部材Ｍの下面には、表面に撥水処理を施した微細形状としての複数の板状の構造物である突起（壁ともいう）Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３、Ｍ４、・・・を等ピッチΔで形成している。ピッチΔは４００〜６００ｎｍであり、突起Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３、Ｍ４、・・・の高さは、１６００ｎｍ〜１７００ｎｍであるが、それに限られることはない。尚、突起Ｍ１〜Ｍ４を配列方向（矢印Ｘ方向）に見たときに、突起Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３、Ｍ４、・・・の間の溝端部ＭＣが円弧状もしくは直線状に浅くなっている。
【００４６】
本実施の形態にかかる成形方法について説明する。まず、図２のステップＳ１０１で、スイッチＳＷを投入することで、電源Ｅから供給される電力により型部材Ｍの背面側に設けたヒータ４を加熱し、型部材Ｍの温度を上昇させる（図４（ａ）参照）。この段階では、下型２の配管５には、冷却水は注入されていない。更に、ステップＳ１０２で、型部材Ｍの温度が設定温度に近づいたら、油圧シリンダ６を駆動して、型部材Ｍの微細形状を、被成形材（プラスチックの素材）Ｐに接触させた後（図１６の時刻ｔ０）、軽く押圧する（時刻ｔ０〜ｔ１）。時刻ｔ１で油圧シリンダ６を停止して、上型１を静止させる（図４（ｂ）参照）。ここでは、型部材Ｍの微細形状が被成形材Ｐに接触した時刻ｔ０から時刻ｔ１までにおける型部材Ｍの速度を第１の速度ｖ１とする。この例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、第１の保圧期間としているが、後述する第２の速度ｖ２より低いわずかの速度で移動させてもよい（一点鎖線参照）。かかる場合、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの平均速度を第１の速度としても良い。又、第１の速度ｖ１と第２の速度ｖ２は、ステップ的に変化するのではなく連続的に変化してもよく、その場合には第１の速度ｖ１と第２の速度ｖ２は、それぞれ平均速度になる。
【００４７】
このとき、被成形材Ｐの表面における、型部材Ｍに接触した領域にはＴｇ層という加熱溶融した樹脂層ができるが、被成形材Ｐ全体は溶融していないので、その剛性は維持され、素材が流れることはない。
【００４８】
更に、ステップＳ１０３で、Ｔｇ層が所定の厚さに達したら（図５の時刻ｔ２）、油圧シリンダ６を駆動して、型部材Ｍを第１の速度より速い第２の速度ｖ２で被成形材Ｐに向かって押圧し、更に油圧シリンダ６を停止して、型部材Ｍをその状態で保持する（図４（ｃ）参照）。それにより型部材Ｍの微細形状を、被成形材Ｐに精度良く転写することができる。ここでは、型部材Ｍを静止させた時刻ｔ２’から、型部材Ｍを戻し始める時刻ｔ４までを、第２の保圧期間（型部材Ｍの速度＝ゼロ）としている。第１及び第２の保圧期間を設けることで、加熱溶融した被成形材Ｐの流れ出しを抑えるという効果がある。
【００４９】
更に、ステップＳ１０４で、所定時間が経過した後に（図５の時刻ｔ３）、型部材Ｍとヒータ４との間に冷却水を注入することで、型部材Ｍを急速に冷却し、同時にスイッチＳＷを遮断することで、ヒータ４の加熱を停止させる。更に、ステップＳ１０５で、型部材Ｍの温度が所定温度まで低下したら（図５の時刻ｔ４）、油圧シリンダ６を逆方向に駆動して上型１を上昇させ、型部材Ｍを所定の速度で被成形材Ｐより離型させる（図４（ｄ）参照）。続くステップＳ１０６で、型部材Ｍを冷却していた冷却水をドレーンする。以上が、型部材Ｍにより被成形材Ｐに微細形状を転写するための工程の１サイクルである。
【００５０】
図６（ａ）は、かかる工程を経て形成された被成形材Ｐの顕微鏡写真である。図６（ｂ）は、被成形材Ｐを板状の構造物Ｒの配列方向に見た図である。図６に示す被成形材Ｐは、１／４波長板の素材となるものであり、平板状のベースＢに形成された凹凸を構成する板状の構造物Ｒのピッチが４００ｎｍであり、その高さが１６００ｎｍである。従ってアスペクト比は４となる。尚、本実施の形態による被成形材Ｐは、板状の構造物Ｒに隣接した平面Ｆ上に、隣接する板状の構造物Ｒ同士の溝に対応する浅溝Ｇを形成している。この浅溝Ｇは、型部材Ｍを転写したものではなく、本実施の形態による成形方法によってのみ現れる固有のものであり、型部材Ｍを被成形材Ｐから離型させる際に、空気の導入を支援し、離型性を高める効果がある。又、板状の構造物ＲのベースＢから遠い側の縁の端部（角部）ＲＣは、図３に示す型部材Ｍの溝端部ＭＣを転写形成することで、図６（ｂ）に示す方向に見たときに、円弧もしくは直線によりカットされて形成されているので、樹脂の流れが良くなり、板状の構造物の剛性が高まるので好ましい。円弧もしくは直線によりカットされる位置ｓは、板状の構造物ＲのベースＢから遠い側の縁より測ったときに、板状の構造物高さｈの９５％以下（ｓ／ｈ≧０．０５）であると好ましい。
【００５１】
図１５は、上述した実施の形態の変形例にかかる成形方法を示すフローチャートである。図１６は、変形例に用いる、時間に対する、型温度、Ｔｇ層の厚さ、Ｔｇ層の強度、プレス圧を示すグラフである。本変形例は、熱を与えると比較的変形しやすい樹脂の成形を行う場合に好適である。
【００５２】
本変形例にかかる成形方法について、更に図４を参照して説明する。まず、図２のステップＳ２０１で、スイッチＳＷを投入することで、電源Ｅから供給される電力により型部材Ｍの背面側に設けたヒータ４を加熱し、型部材Ｍの温度を上昇させる（図４（ａ）参照）。この段階では、下型２の配管５には、冷却水は注入されていない。更に、ステップＳ２０２で、型部材Ｍの温度が設定温度に近づいたら、油圧シリンダ６を駆動して、型部材Ｍの微細形状を、被成形材（プラスチックの素材）Ｐに接触させた後（図１６の時刻ｔ０）、軽く押圧する（時刻ｔ０〜ｔ１）。時刻ｔ１で油圧シリンダ６を停止して、上型１を静止させる（図４（ｂ）参照）。ここでは、型部材Ｍの微細形状が被成形材Ｐに接触した時刻ｔ０から時刻ｔ１までにおける型部材Ｍの速度を第１の速度ｖ１とする。この例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、第１の保圧期間としているが、後述する第２の速度ｖ２より低いわずかの速度で移動させてもよい（一点鎖線参照）。かかる場合、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの平均速度を第１の速度としても良い。又、第１の速度ｖ１と第２の速度ｖ２は、ステップ的に変化するのではなく連続的に変化してもよく、その場合には第１の速度ｖ１と第２の速度ｖ２は、それぞれ平均速度になる。
【００５３】
このとき、被成形材Ｐの表面における、型部材Ｍに接触した領域にはＴｇ層という加熱溶融した樹脂層ができる。
【００５４】
更に、ステップＳ２０５で、Ｔｇ層が所定の厚さに達したら（図１６の時刻ｔ２）、油圧シリンダ６を駆動して、型部材Ｍを第１の速度ｖ１より速い第２の速度ｖ２で被成形材Ｐに向かって押圧し、更に油圧シリンダ６を停止して、型部材Ｍをその状態で保持する（図４（ｃ）参照）。
【００５５】
ここで、被成形材Ｐによっては、熱変形が生じ剛性が低下して、型部材Ｍを静止させていても、型部材Ｍと被成形材Ｐとの間に作用する圧力が減少し、それによって型部材Ｍの微細形状の間に被成形材Ｐが十分に充填されない、いわゆる充填不良が生じる恐れがある。そこで、本変形例においては、ステップＳ２０４で、型部材Ｍの停止後所定のタイミングで、油圧シリンダ６を駆動して、型部材Ｍを被成形材Ｐに向かって第３の速度で再度押圧（再加圧）する（図１６の時刻ｔ３）。従って、被成形材Ｐが熱変形しやすい素材であっても、型部材Ｍの微細形状を精度良く転写することができる。第３の速度ｖ３は、第２の速度ｖ３に等しい又は近ければ好ましいが、それに限られることはない。
【００５６】
更に、ステップＳ２０５で、所定時間が経過した後に（図１６の時刻ｔ４）、型部材Ｍとヒータ４との間に冷却水を注入することで、型部材Ｍを急速に冷却し、同時にスイッチＳＷを遮断することで、ヒータ４の加熱を停止させる。更に、ステップＳ２０６で、型部材Ｍの温度が所定温度まで低下したら（図１６の時刻ｔ５）、油圧シリンダ６を逆方向に駆動して上型１を上昇させ、型部材Ｍを所定の速度で被成形材Ｐより離型させる（図４（ｄ）参照）。続くステップＳ２０７で、型部材Ｍを冷却していた冷却水をドレーンする。以上が、型部材Ｍにより被成形材Ｐに微細形状を転写するための工程の１サイクルである。
【００５７】
ところで、加熱した型部材Ｍで被成形材Ｐ全体を加熱したときに、被成形材Ｐが溶融して流れ出してしまう方向が定まらないという問題がある。図７は、かかる問題に対処できる、別な実施の形態にかかる成形方法の工程を示す図である。図８は、樹脂の流れの例を示す図であり、矢印の方向により樹脂の流れ方向を表し、矢印の長さにより樹脂の流れの強さを示している。
【００５８】
図８（ａ）に示すように、被成形材Ｐを傾けない状態で、型部材Ｍの加熱プレスを行うと、樹脂の流れ方向が定まらない。そこで、本実施の形態においては、型部材Ｍに対して被成形材Ｐを傾けて設置することで、型部材Ｍを微細形状の一部から接触するようにできる（図７（ａ）参照）。傾き角を維持したまま、型部材Ｍを被成形材Ｐに対して押圧してゆくと、被成形材Ｐの内部に生じるひずみが押圧された側から順次増大してゆくので、樹脂の流れ方向が一方向になる（図７（ｂ）参照）。従って、図３に示す型部材Ｍの板状の構造物の配列方向Ｘに直交するＹ方向を、樹脂の流れ方向と一致させることで、板状の構造物内への被成形材Ｐの充填効率を増大させることができる。微細形状がすべて浸漬したら、型部材Ｍを被成形材Ｐに対して正対させる（傾き角＝ゼロとする）。尚、離型時にも、傾き角をつけたまま型部材Ｍを被成形材Ｐから離すようにすると、被成形材Ｐの内部に生じるひずみが離型された側から順次開放されてゆくので、離型容易性を確保できる（図７（ｃ）参照）。
【００５９】
ここで、型部材Ｍに対する被成形材Ｐの傾き角を何度にするかが問題となる。加熱溶融前の被成形材Ｐの中心が、加熱溶融により流れて大きく位置ズレすると、それだけ樹脂の流れが大きくなり、光学素子の特性に悪影響を及ぼす恐れがある。本発明者らは、型部材Ｍに対して被成形材Ｐを０．１５度傾けた状態（図８（ｂ）参照）と、０．３度傾けた状態（図８（ｃ）参照）とで実験を行い、図９に示すグラフを得た。
【００６０】
図９に示すグラフによれば、０．１５度の傾きで０．５ｍｍの中心位置ズレが生じ、０．３度の傾きで１．０ｍｍの中心位置ズレが生じていることがわかる。例えば光ピックアップ装置に用いる光学素子の場合、２ｍｍ以上の中心位置ズレが生じるのは好ましくない。そこで、型部材Ｍと被成形材Ｐとの傾きは、最大でも０．５度以内であることが好ましいといえる。
【００６１】
図１０は、本実施の形態の製造方法に用いることができる冷却装置を切断して示す斜視図である。図１０において、円筒状の筐体ＣＹの下面に、型部材ＭがホルダＨＬにより取り付けられている。筐体ＣＹの上部には、加熱源であるヒータ４が配置されている。筐体ＣＹ内には、冷却水用の通路ＦＰが形成されており、不図示の水道管にバルブを介して連結されている。型部材Ｍをヒータ４で加熱する際には、バルブを閉じて通路ＦＰに冷却水を導入しない（図５の時刻ｔ３まで）。一方、冷却時には（図５の時刻ｔ３）、バルブを開いて通路ＦＰに、冷媒である冷却水を導入し、一気に型部材Ｍの温度を減少させる。
【００６２】
図１１は、本実施の形態にかかる冷却装置の性能を示すグラフである。冷却水の流量を大とした場合（グラフＡ）と、冷却水の流量を小とした場合（グラフＢ）と、通路ＦＰに冷却水を導入せず、自然放冷とした場合（グラフＣ）とを比較すると、通路ＦＰに冷却水を導入すれば、３０秒前後で型温度が１／２になることがわかる。これにより、型部材Ｍによる成形サイクルを増大させ、微細形状を有する光学素子の大量生産が可能となる。
【００６３】
ところで、ＤＶＤやＣＤに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置において、異なる光源波長として６６５ｎｍと７８０ｎｍの半導体レーザを用いている。一方、近年開発された青紫色半導体レーザは波長４０５ｎｍの光束を出射できるため、これを用いることで、ＢＤやＨＤ  ＤＶＤに対して、より高密度な情報の記録及び／又は再生が行えるが、これらの高密度な光ディスクと、ＤＶＤやＣＤなどの既存の光ディスクに対して、互換可能に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置も開発されている。
【００６４】
ここで、光ディスクの情報記録面に対してスポットを集光させる光学系を共通化するために、通過する光束に位相差を付与する波長板が用いられる場合がある。このような波長板は、高価な人工水晶などを用いず、構造性複屈折を用いて形成できる。構造性複屈折とは、微細構造の方向性によって発生する複屈折をいい、例えば複屈折特性を持たない屈折率の異なる平板を光の波長より十分小さい（＜λ／２）周期で平行に並べた微細周期構造は、複屈折特性を発生することが知られている。
【００６５】
しかるに、水晶や方解石の複屈折特性は、その物質固有のものであるから、それを変えることがほとんどできないものであるのに対して、構造性複屈折を有する微細構造においては、材料や形状を変えることで複屈折特性をある程度制御することが可能である。
【００６６】
ここで、光ピックアップ装置において、ＢＤ又はＨＤ  ＤＶＤと、ＤＶＤとに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行う場合、上述の例では、４０５ｎｍと、６６５ｎｍの２つの波長に対して、例えばλ／４の位相差を与える波長板を用いることが望ましい。一方、ＢＤ又はＨＤ  ＤＶＤと、ＤＶＤと、ＣＤに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行う場合、上述の例では、４０５ｎｍと、６６５ｎｍ、７８０ｎｍの３つの波長に対して、例えばλ／４（＝０．２５λ）の位相差を与える波長板を用いることが望ましい。ところが、構造性複屈折を有する微細構造を設けた従来の波長板では、例えば波長４０５ｎｍの光束に対して０．２５λの位相差を与えるようにすると、波長６５５ｎｍの光束に対しては、０．１５λの位相差が与えられ、波長７８０ｎｍの光束に対しては、０．１３λの位相差が与えられてしまい、１／４波長板として十分な機能を発揮できないという問題がある（図１２参照）。
【００６７】
これに対して、本発明者らは鋭意研究の結果、波長に関わらず、ほぼ一定の位相差を与えることができる波長板を開発した。より具体的に、従来より高いアスペクト比の微細構造とし、更に素材の屈折率の波長依存性（波長が変わると屈折率が変わる特性）を利用して、波長に関わらず、ほぼ一定の位相差を与える特性を実現したのである（図１３参照）。
【００６８】
本実施の形態の波長板における微細構造の断面を示す図１４において、周期的に並んだ微細な凹凸のピッチＰは、３００〜４００ｎｍであり、凸部の幅Ｂは、０．６×Ｐ〜０．９×Ｐｎｍであり、凸部の高さＨは、５００〜３０００ｎｍである。これらの範囲内で、素材の特性に応じて最適値を用いることで、波長に関わらず、ほぼ一定の位相差を与える特性を実現できる。ちなみに、図１３に示す特性は、素材をＰＭＭＡとして、Ｐ＝４００ｎｍ、Ｂ＝２７５ｎｍ、Ｈ＝２４００ｎｍの微細構造を与えた場合に得られるものである。
【００６９】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明は、光ピックアップ装置用の光学素子に限らず、種々の光学素子、或いはインクジェットプリンタのヘッドなどの成形にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】アスペクト比を説明するための図である。
【図２】本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態にかかる成形方法に用いる型の斜視図である。
【図４】本実施の形態にかかる成形方法の工程の一部を示すを概略図である。
【図５】時間に対する、型温度（ａ）、Ｔｇ層の厚さ（ｂ）、Ｔｇ層の強度（ｃ）、プレス圧（ｄ）を示すグラフである。
【図６】本実施の形態にかかる成形方法により形成された被成形材Ｐの顕微鏡写真である。
【図７】別な実施の形態にかかる成形方法の工程を示す図である。
【図８】樹脂の流れの例を示す図である。
【図９】傾きと中心位置ズレとの関係を示すグラフである。
【図１０】本実施の形態の製造方法に用いることができる冷却装置を切断して示す斜視図である。
【図１１】本実施の形態にかかる冷却装置の性能を示すグラフである。
【図１２】比較例における構造性複屈折を利用した波長板の特性を示すグラフ（横軸：通過光束の波長、縦軸：付与する位相差）である。
【図１３】実施例における構造性複屈折を利用した波長板の特性を示すグラフ（横軸：通過光束の波長、縦軸：付与する位相差）である。
【図１４】本実施の形態の波長板における微細構造の断面図である。
【図１５】上述した実施の形態の変形例にかかる成形方法を示すフローチャートである。
【図１６】変形例に用いる、時間に対する、型温度、Ｔｇ層の厚さ、Ｔｇ層の強度、プレス圧を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
ＣＹ 筐体
ＦＰ 通路
Ｈ ヒータ
ＨＬ ホルダ
Ｍ 型部材
Ｐ 被成形材
１  上型
２  下型
４  ヒータ
５  配管
６  油圧シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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