(57)【要約】【課題】微細でハイアスペクト比のパターンを忠実に形成することができ、さらに成形品の厚みを極めて均一にすることが可能なプラスチック材料の加工方法及びその加工方法により形成された成形品並びに加工装置を提供すること。【解決手段】本発明に係るプラスチック材料の加工方法は、プラスチック材料６を軟化温度以上に加熱する加熱ステップと、加熱ステップにより軟化されたプラスチック材料６の表面に、開口４が形成された型枠部材２を密着させる型枠密着ステップと、型枠部材２の開口４を介して、軟化されたプラスチック材料６を空間に開放してプラスチック材料６の開放面６ａを熱変形させる熱変形ステップと、熱変形ステップにより開放面が変形されたプラスチック材料６を硬化温度まで冷却させる冷却ステップとを有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック材料を軟化温度以上に加熱する加熱ステップと、
該加熱ステップにより軟化された前記プラスチック材料の表面に、開口が形成された型枠部材を密着させる型枠密着ステップと、
前記型枠部材の前記開口を介して、軟化された前記プラスチック材料を空間に開放して当該プラスチック材料の開放面を熱変形させる熱変形ステップと、
前記熱変形ステップにより開放面が変形された前記プラスチック材料を硬化温度まで冷却させる冷却ステップと
を有することを特徴とするプラスチック材料の加工方法。
【請求項２】
前記プラスチック材料は、液体から気体への相転移を起こす相転移物質を含有し、前記加熱ステップにおいて前記相転移物質が相転移して膨張することにより、前記熱変形ステップにおいて前記プラスチック材料の開放面が熱変形することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項３】
前記プラスチック材料を載置する基台に液体から気体への相転移を起こす相転移物質を付着する付着ステップと、
該付着ステップにより前記相転移物質が付着された基台に前記プラスチック材料を載置する載置ステップとを有し、
前記加熱ステップにおいて前記相転移物質が相転移して膨張することにより、前記熱変形ステップにおいて前記プラスチック材料の開放面が熱変形することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項４】
前記相転移物質の相転移温度Ｔｔ℃が、前記プラスチック材料の軟化温度Ｔｍ℃に対して、Ｔｍ℃−２０℃≦Ｔｔ℃≦Ｔｍ℃＋２０℃であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項５】
前記加熱ステップと、前記型枠密着ステップと、前記熱変形ステップと、前記冷却ステップとを、蓄熱空間内で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項６】
前記加熱ステップと、前記型枠密着ステップと、前記熱変形ステップと、前記冷却ステップとを、真空環境で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項７】
プラスチック材料を、可塑化効果を有する所定の流体の臨界温度を超える温度以上且つ前記プラスチック材料の軟化温度以下まで加熱する加熱ステップと、
臨界圧力以上の圧力で、前記所定の流体を前記プラスチック材料に注入する注入ステップと、
前記加熱ステップ及び前記注入ステップを経て超臨界流体となった前記所定の流体により軟化された前記プラスチック材料の表面に、開口が形成された型枠部材を密着させる型枠密着ステップと、
前記開口を臨む前記プラスチック材料の開放面が湾曲面形状となる程度の圧力で、前記型枠部材を前記プラスチック材料に押圧する圧力付加ステップと、
前記圧力付加ステップにより形成された前記湾曲面形状を維持させつつ前記プラスチック材料を硬化温度まで冷却させる冷却ステップと
を有することを特徴とするプラスチック材料の加工方法。
【請求項８】
前記押圧付加ステップにおいて、前記型枠部材は、前記所定の流体の注入が停止して前記注入ステップによる注入圧力が開放した後も、前記プラスチック材料への押圧の圧力量を維持し続けることを特徴とする請求項７に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項９】
前記加熱ステップにおいて、前記プラスチック材料を加熱する温度Ｔｐ℃は、前記プラスチック材料の軟化温度Ｔｍ℃に対して、Ｔｍ℃−５０℃≦Ｔｐ℃≦Ｔｍ℃−１℃であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項１０】
前記加熱ステップと、前記注入ステップと、前記型枠密着ステップと、前記圧力付加ステップと、前記冷却ステップとを、閉空間内で行うことを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項１１】
前記加熱ステップと、前記注入ステップと、前記型枠密着ステップと、前記圧力付加ステップと、前記冷却ステップとを、蓄熱空間内で行うことを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項１２】
前記蓄熱空間は、容積が可変であることを特徴とする請求項１１に記載のプラスチック材料の加工方法。
【請求項１３】
プラスチック材料を軟化温度以上に加熱する加熱手段と、
前記プラスチック材料を載置する基台と、
開口が形成され、軟化状態で基台に載置される前記プラスチック材料の表面に密着する型枠部材と、
を有することを特徴とするプラスチック材料の加工装置。
【請求項１４】
前記加熱手段と前記基台と前記型枠部材とを内装する蓄熱空間形成室を有することを特徴とする請求項１３に記載のプラスチック材料の加工装置。
【請求項１５】
前記加熱手段と前記基台と前記型枠部材とを内装する真空環境形成室を有することを特徴とする請求項１３に記載のプラスチック材料の加工装置。
【請求項１６】
プラスチック材料を、可塑化効果を有する所定の流体の臨界温度を超える温度以上且つ前記プラスチック材料の軟化温度以下まで加熱する加熱手段と、
前記プラスチック材料を載置する基台と、
臨界圧力以上の圧力で、前記所定の流体を前記プラスチック材料に注入する注入手段と、
開口が形成され、軟化状態で基台に載置される前記プラスチック材料の表面に密着する型枠部材と、
前記開口を臨む前記プラスチック材料の開放面が湾曲面形状となる程度の圧力で、前記型枠部材を前記プラスチック材料に押圧する圧力付加手段と
を有することを特徴とするプラスチック材料の加工装置。
【請求項１７】
前記加熱手段と、前記基台と、前記注入手段と、前記型枠部材と、前記圧力付加手段とを内装する蓄熱空間形成室を有することを特徴とする請求項１６に記載のプラスチック材料の加工装置。
【請求項１８】
前記加熱手段は、前記基台と一体に形成されることを特徴とする請求項１３乃至請求項１７のいずれか１項に記載のプラスチック材料の加工装置。
【請求項１９】
前記加熱手段は、電磁気加熱装置であることを特徴とする請求項１８に記載のプラスチック材料の加工装置。
【請求項２０】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のプラスチック材料の加工方法に基づいて形状が形成されることを特徴とするプラスチック成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細でハイアスペクト比を有する形状を形成することが可能なプラスチック材料の加工方法及びその加工方法により製造されたプラスチック成形品並びに加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）やナノ構造体等のマイクロ・ナノスケールの技術開発が盛んに行われている。今日では、このようなマイクロ・ナノスケールの技術を応用した半導体プロセスやＬＩＧＡプロセス等を用いて微細な型を製造し、この型を用いて射出成形やホットエンボス成形等を行うインプリント工法が実現されており、これらの成形工法によって転写基板等が作成されている。
【０００３】
しかしながら、射出成形では、高サイクルで成形品を生成することはできるが、製品完成までの時間（スループット）に難点があり、さらに、微細なパターン、ハイアスペクト比（アスペクト比：立体形状の垂直（高さ）と水平（幅）との寸法比で、構造物の相対的な厚みを示す指標）の製品を転写処理によって型から忠実に成形することが容易ではないという問題があった。
【０００４】
また、ホットエンボス成形では、微細でハイアスペクト比の成形品を、パターン転写により成形することができる一方、成形サイクルが遅く、成形処理に高温・高圧を必要とするので歪みやひけが生じやすいという問題があった。
【０００５】
一方で、微細なパターンやハイアスペクト比のパターンを型から忠実に転写する工法として２Ｐ工法が知られている。２Ｐ工法は、開始剤をブレンドした低粘度の液状モノマー、オリゴマーからなる紫外線硬化樹脂を型に塗布充填し、紫外線を照射した後に硬化した材料を剥離して転写基板を作成する工法である。
【０００６】
特に、微細なパターンの成形を必要とするマイクロレンズアレーの製造方法として、紫外線硬化樹脂に対して凹構造に加工された石英ガラスを接触させ、減圧した後に凹構造内に入った空気を膨張させて硬化樹脂に石英ガラスの凹構造形状を転写する方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら２Ｐ工法は、型の凹凸面（パターン）に対する充填性には優れているものの、剥離時にパターン変形等を生じやすいという問題があり、また塗布処理を行って材料を充填することが多いため、転写基板の厚みを均一にすることが困難であるという問題があった。
【０００７】
また、他のマイクロレンズアレーの製造方法として、透明な基板上に熱変形性の感光性材料の膜を形成し、この膜を光パターニングした後に熱変形温度以上に加熱して膜の熱変形性と表面張力とにより滑らかな凸面を形成し、その後にドライエッチングにより所望の屈折面形状を備えたマイクロレンズアレーを形成する工法が考案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この工法も形状制御に限界があり、種々のレンズアレー形状に対応させることが困難であるという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−３１５２１７号公報（段落０００９、段落００１０参照）
【特許文献２】特開平６−１９４５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、微細でハイアスペクト比のパターンを忠実に形成することができ、さらに成形品の厚みを極めて均一にすることが可能なプラスチック材料の加工方法及びその加工方法により形成された成形品並びに加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るプラスチック材料の加工方法は、プラスチック材料を軟化温度以上に加熱する加熱ステップと、該加熱ステップにより軟化された前記プラスチック材料の表面に、開口が形成された型枠部材を密着させる型枠密着ステップと、前記型枠部材の前記開口を介して、軟化された前記プラスチック材料を空間に開放して当該プラスチック材料の開放面を熱変形させる熱変形ステップと、前記熱変形ステップにより開放面が変形された前記プラスチック材料を硬化温度まで冷却させる冷却ステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記プラスチック材料は、液体から気体への相転移を起こす相転移物質を含有し、前記加熱ステップにおいて前記相転移物質が相転移して膨張することにより、前記熱変形ステップにおいて前記プラスチック材料の開放面が熱変形するものであってもよい。
【００１１】
さらに、前記プラスチック材料の加工方法が、前記プラスチック材料を載置する基台に液体から気体への相転移を起こす相転移物質を付着する付着ステップと、該付着ステップにより前記相転移物質が付着された基台に前記プラスチック材料を載置する載置ステップとを有し、前記加熱ステップにおいて前記相転移物質が相転移して膨張することにより、前記熱変形ステップにおいて前記プラスチック材料の開放面が熱変形する構成としてもよい。
【００１２】
また、前記相転移物質の相転移温度Ｔｔ℃が、前記プラスチック材料の軟化温度Ｔｍ℃に対して、Ｔｍ℃−２０℃≦Ｔｔ℃≦Ｔｍ℃＋２０℃であることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記加熱ステップと、前記型枠密着ステップと、前記熱変形ステップと、前記冷却ステップとを、蓄熱空間内で行ってもよい。
【００１４】
また、前記プラスチック材料の加工方法が、前記加熱ステップと、前記型枠密着ステップと、前記熱変形ステップと、前記冷却ステップとを、真空環境で行ってもよい。
【００１５】
本発明に係るプラスチック材料の加工方法は、プラスチック材料を、可塑化効果を有する所定の流体の臨界温度を超える温度以上且つ前記プラスチック材料の軟化温度以下まで加熱する加熱ステップと、臨界圧力以上の圧力で、前記所定の流体を前記プラスチック材料に注入する注入ステップと、前記加熱ステップ及び前記注入ステップを経て超臨界流体となった前記所定の流体により軟化された前記プラスチック材料の表面に、開口が形成された型枠部材を密着させる型枠密着ステップと、前記開口を臨む前記プラスチック材料の開放面が湾曲面形状となる程度の圧力で、前記型枠部材を前記プラスチック材料に押圧する圧力付加ステップと、前記圧力付加ステップにより形成された前記湾曲面形状を維持させつつ前記プラスチック材料を硬化温度まで冷却させる冷却ステップとを有していてもよい。
【００１６】
さらに、プラスチック材料の加工方法は、前記押圧付加ステップにおいて、前記型枠部材は、前記所定の流体の注入が停止して前記注入ステップによる注入圧力が開放した後も、前記プラスチック材料への押圧の圧力量を維持し続けるものであってもよい。
【００１７】
また、前記加熱ステップにおいて、前記プラスチック材料を加熱する温度Ｔｐ℃は、前記プラスチック材料の軟化温度Ｔｍ℃に対して、Ｔｍ℃−５０℃≦Ｔｐ℃≦Ｔｍ℃−１℃であることが好ましい。
【００１８】
さらに、前記プラスチック材料の加工方法は、前記加熱ステップと、前記注入ステップと、前記型枠密着ステップと、前記圧力付加ステップと、前記冷却ステップとを、閉空間内で行うものであってもよい。
【００１９】
また、プラスチック材料の加工方法は、前記加熱ステップと、前記注入ステップと、前記型枠密着ステップと、前記圧力付加ステップと、前記冷却ステップとを、蓄熱空間内で行うものであってもよい。
【００２０】
さらに、前記蓄熱空間は、容積が可変であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係るプラスチック材料の加工装置は、プラスチック材料を軟化温度以上に加熱する加熱手段と、前記プラスチック材料を載置する基台と、開口が形成され、軟化状態で基台に載置される前記プラスチック材料の表面に密着する型枠部材とを有することを特徴とする。
【００２２】
さらに、前記加熱手段と前記基台と前記型枠部材とを内装する蓄熱空間形成室を有するものであってもよい。
【００２３】
また、前記加熱手段と前記基台と前記型枠部材とを内装する真空環境形成室を有するものであってもよい。
【００２４】
さらに、本発明に係るプラスチック材料の加工装置は、プラスチック材料を、可塑化効果を有する所定の流体の臨界温度を超える温度以上且つ前記プラスチック材料の軟化温度以下まで加熱する加熱手段と、前記プラスチック材料を載置する基台と、臨界圧力以上の圧力で、前記所定の流体を前記プラスチック材料に注入する注入手段と、開口が形成され、軟化状態で基台に載置される前記プラスチック材料の表面に密着する型枠部材と、前記開口を臨む前記プラスチック材料の開放面が湾曲面形状となる程度の圧力で、前記型枠部材を前記プラスチック材料に押圧する圧力付加手段とを有することを特徴とする。
【００２５】
また、前記加熱手段と、前記基台と、前記注入手段と、前記型枠部材と、前記圧力付加手段とを内装する蓄熱空間形成室を有するものであることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記加熱手段は、前記基台と一体に形成されるものであることが好ましい。
【００２７】
また、前記加熱手段は、電磁気加熱装置であってもよい。
【００２８】
本発明に係るプラスチック成形品は、上述したプラスチック材料の加工方法に基づいて形状が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るプラスチック材料の加工方法及びその加工方法により製造されたプラスチック成形品並びに加工装置によれば、軟化されたプラスチック材料を空間に開放して当該プラスチック材料の開放面を熱変形させることによって、自由度の高い機能形状を得ることが可能となる。具体的には、転写型を用いることなく開放面を、開口を介して開放することによって、型の表面粗さを転写することなくプラスチック材料自身の表面張力によって成形品の外表面が形成されるので、極めて滑らかで平滑な表面形状を得ることが可能となる。
【００３０】
また、本発明によれば、プラスチック材料の加熱温度調整及び加熱時間調整を行うことによって、外表面の湾曲面形状及びプラスチック材料の厚み等を制御することができるので、プラスチック形成品の形状及びその厚みを高精度に形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係るプラスチック材料の加工方法を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１、図２（ａ）（ｂ）は、本発明に係るプラスチック材料の加工装置であって、マイクロレンズアレーを作成するために用いられる平滑面形成装置を示した概略図である。平滑面形成装置１は、型枠部材２と、基台３とを備えている。
【００３３】
型枠部材２は、マイクロレンズアレー用の型枠部材であり、所望のレンズ経を満たしたレンズアレーを作成するために直径０．０００１メートル（１００μｍ）の円形の開口部（平滑面形成用開口）４が等間隔に多数配設されている。また、型枠部材２は、強磁性体であるニッケル（Ｎｉ）によって形成されている。
【００３４】
基台３は、マイクロレンズアレーを形成するための熱可塑性フィルム（プラスチック材料）６を載置する台であり、基台３の上面は水平を保つように形成されている。基台３には、ヒータ（加熱手段）が内設されており、上面の全面を均一な温度で加熱することが可能となっている。また、基台３には磁性発生装置が内設されており、型枠部材２を、磁力を用いて所定位置に定着させることが可能となっている。
【００３５】
熱可塑性フィルム６は、相転移温度Ｔｔが１０４℃、熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）が１００℃のメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）によって構成されている。
【００３６】
次に、マイクロレンズアレーを作成する方法を説明する。まず、基台３の上面に水（相転移性物質）７を均一に塗布（付着）させておき、その上に熱可塑性フィルム６を載置する。さらにこの熱可塑性フィルム６の上に型枠部材２を積層設置して、磁性発生装置により生ずる磁力によって型枠部材２を熱可塑性フィルム６に密着させる。
【００３７】
熱可塑性フィルム６を基台３と型枠部材２とで挟み込んだ状態で、ヒータを用いて基台３上面を加熱する。ヒータの設定温度を１４０℃とし、１分程度加熱すると、図２（ｂ）に示すように、水７が水蒸気７ａに相転移して体積膨張を始める。一方で、熱可塑性フィルム６はヒータの加熱により熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）以上に加熱されているので、水７の体積膨張によって熱可塑性フィルムの下面に圧力が加えられ、この圧力により開口部４を臨む開放面６ａが、上方に膨らんだ湾曲面状態となる。開放面６ａの湾曲面状態を保ったまま熱可塑性フィルム６の温度を緩やかに硬化温度まで下げることによって、開口部４の直径０．０００１ｍのレンズ面を備えたマイクロレンズアレーが形成される。レンズ面を構成する開放面６ａの湾曲面状態及びマイクロレンズアレーの厚み等は、ヒータの温度調整及び加熱時間調整と、熱可塑性フィルム６の樹脂材料の選別とにより制御することができ、開放面６ａを半球状にしたり、非球面上にしたりすることも可能となる。
【実施例２】
【００３８】
図３は、実施例２に係る平滑面形成装置を示した断面図である。実施例２に係る平滑面形成装置１０は、型枠部材２と、基台３とを有している点で実施例１と同じであるが、型枠部材２と基台３とが断熱ハウジング（蓄熱空間形成室）１１内に内装されている点で相異する。
【００３９】
なお、型枠部材２に、直径０．０００１メートル（１００μｍ）の開口部４が等間隔に多数配設され、型枠部材２が、強磁性体であるニッケル（Ｎｉ）によって形成されている点、及び基台が、ヒータ（加熱手段）と磁性発生装置と内設する点に関しては実施例１と同様である。
【００４０】
さらに、マイクロレンズアレーを形成する熱可塑性フィルム６が、相転移温度Ｔｔが１０４℃、熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）が１００℃のメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）によって構成されている点も実施例１と同様である。
【００４１】
次に、マイクロレンズアレーを作成する方法を説明する。まず、断熱ハウジング１１内に設置された基台３の上面に、水を均一に塗布（付着）させておき、その上に熱可塑性フィルム６を載置する。さらにこの熱可塑性フィルム６の上に型枠部材２を積層設置して、磁性発生装置により生ずる磁力により型枠部材２を熱可塑性フィルム６に密着させる。
【００４２】
熱可塑性フィルム６を基台３と型枠部材２とで挟み込んだ状態で、ヒータを用いて基台３上面を加熱する。断熱ハウジング１１内の温度を１２０℃に保ち、ヒータの設定温度を１４０℃にして３０秒程度加熱すると、実施例１と同様に、水７が水蒸気７ａに相転移して体積膨張を始める。一方で、熱可塑性フィルム６はヒータの加熱により熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）以上に加熱されているので、水７の体積膨張によって熱可塑性フィルム６の下面に圧力が加えられ、この圧力により開口部４を臨む開放面６ａが、上方に膨らんだ湾曲面形状となる。開放面６ａの湾曲面状態を保ったまま熱可塑性フィルム６の温度を緩やかに硬化温度まで下げることによって、開口部の直径０．０００１ｍのレンズ面を備えたマイクロレンズアレーが形成される。実施例１と同様に、レンズ面を構成する開放面６ａの湾曲面状態及びマイクロレンズアレーの厚み等は、ヒータの温度調整及び加熱時間調整と、熱可塑性フィルム６の樹脂材料の選別により制御することができ、開放面６ａを半球状にしたり、非球面上にしたりすることも可能となる。
【００４３】
また、断熱ハウジング１１内でマイクロレンズアレーを形成すると、水７が相転移するまでの時間を短くすることができるので、成形品の成形サイクルを高めることが可能となる。なお、断熱ハウジング１１の代わりに、真空チャンバーを用いて真空環境下で上述した形成処理を行った場合であっても、低圧力環境における相転移温度の変化により水が気体に変化しやすくなるので、同様に成形サイクルを高めることが可能となる。
【実施例３】
【００４４】
図４は、実施例３に係る平滑面形成装置を示した概略平面図であり、図５（ａ）（ｂ）は概略断面図である。実施例３に係る平滑面形成装置２０は、型枠部材と、基台３とを有している点で実施例１と同じであるが、型枠部材２１に形成される開口部２２が円形でなくスリット状である点で相異する。
【００４５】
型枠部材２１は、半導体レーザー反射鏡用のグレーティングパターン用の型枠部材であり、回折格子としての所望の性能を得るために、幅０．０００００２ｍ（２μｍ）、高さ０．０００５ｍ（５００μｍ）の平行スリットよりなる開口部２２が等間隔に多数配設されている。また、型枠部材２１は、強磁性体であるニッケル（Ｎｉ）によって形成されている。
【００４６】
基台３は、実施例１で説明したものと同じものであり、ヒータ（加熱手段）と磁性発生装置とを内設する。
【００４７】
グレーティングパターンを形成する熱可塑性フィルム２３は、相転移温度Ｔｔが１０４℃、熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）が１００℃のメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）によって構成されており、この熱可塑性フィルム２３には予め霧吹き等で水分が吸着されている。なお、この熱可塑性フィルム２３の吸水率は２％である。
【００４８】
次に、グレーティングパターンを作成する方法を説明する。まず、基台３の上面に、熱可塑性フィルム２３を載置し、さらにこの熱可塑性フィルム２３の上に型枠部材２１を積層設置して、磁性発生装置により生ずる磁力により型枠部材２１を熱可塑性フィルム２３に密着させる。
【００４９】
熱可塑性フィルム２３を基台３と型枠部材２１とで挟み込んだ状態で、ヒータを用いて基台３上面を加熱する。ヒータの設定温度を１４０℃とし、１分程度加熱すると、吸着された水分が水蒸気２４に相転移して熱可塑性フィルム２３内で体積膨張を始める。一方で、熱可塑性フィルム２３はヒータの加熱により熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）以上に加熱されているので、水の体積膨張によって熱可塑性フィルム２３が拡張し、開口部２２を臨む開放面２３ａが、上方に膨らんだ湾曲面状態となる。さらに、熱可塑性フィルム２３の開放面２３ａの温度だけを熱変形温度である１００℃よりも低い温度に保ちつつ、熱可塑性フィルムの他の部分を１００℃以上に加熱することによって、開放面２３ａは湾曲面状態を保ちさらに熱変形させることなく、その下層の熱可塑性フィルム２３を水の相転移に伴って拡張させることができるので、図５（ｂ）に示すように、ハイアスペクト比を有する微細なパターンを形成することが可能となる。その後、このグレーティングパターン形状を保ちつつ熱可塑性フィルム２３の温度を緩やかに硬化温度まで下げることによって幅０．０００００２ｍのグレーティングパターンが完成する。グレーティングパターンのアスペクト比は、ヒータの温度調整及び加熱時間調整と熱可塑性フィルム２３の樹脂材料の選別とにより制御することができる。さらに、図６に示すように、開口部２２のスリット高をさらに高くした型枠部材２５を用いてグレーティングパターンを形成することも可能である。
【実施例４】
【００５０】
図７（ａ）（ｂ）は、実施例４に係る平滑面形成装置を示した断面図である。実施例４に係る平滑面形成装置３０は、型枠部材２１と、基台３とを有している点で実施例３と同じであるが、型枠部材２１と基台３とが実施例２と同様に断熱ハウジング１１内に内装されている点で相異する。
【００５１】
なお、型枠部材２１に、幅０．０００００２ｍ（２μｍ）、高さ０．０００５ｍ（５００μｍ）の多数の平行スリットよりなる開口部２２が等間隔に形成され、型枠部材２１が強磁性体であるニッケル（Ｎｉ）によって形成されている点、及び基台３が、ヒータ（加熱手段）と磁性発生装置とを内設する点に関しては実施例３と同様である。
【００５２】
さらに、マイクロレンズアレーを形成する熱可塑性フィルム２３が、相転移温度Ｔｔが１０４℃、熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）が１００℃のメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）によって構成され、予め水分が吸着されている点も実施例３と同様である。
【００５３】
次に、グレーティングパターンを作成する方法を説明する。まず、断熱ハウジング１１内に設置された基台３の上面に熱可塑性フィルム２３を載置し、さらにこの熱可塑性フィルム２３の上に型枠部材２１を積層設置して、磁性発生装置により生ずる磁力により型枠部材２１を熱可塑性フィルム２３に密着させる。
【００５４】
熱可塑性フィルム２３を基台３と型枠部材２１とで挟み込んだ状態で、ヒータを用いて基台３上面を加熱する。断熱ハウジング１１内の温度を１２０℃に保ち、ヒータの設定温度を１４０℃にして３０秒程度加熱すると、実施例３と同様に、吸着された水分が水蒸気２４に相転移して熱可塑性フィルム２３内で体積膨張を始める。一方で、熱可塑性フィルム２３はヒータの加熱により熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）以上に加熱されているので、水の体積膨張によって熱可塑性フィルム２３が拡張し、開口部２２を臨む開放面２３ａが、上方に膨らんだ湾曲面状態となる。さらに、熱可塑性フィルム２３の開放面２３ａの温度だけを熱変形温度である１００℃よりも低い温度に保ちつつ、熱可塑性フィルムの他の部分を１００℃以上に加熱することによって、開放面２３ａは湾曲面状態を保ちさらに熱変形させることなく、その下層の熱可塑性フィルム２３を水の相異転移に伴って拡張させることができるので、図７（ｂ）に示すように、ハイアスペクト比を有する微細なパターンを形成することが可能となる。その後、このグレーティングパターン形状を保ちつつ熱可塑性フィルム２３の温度を緩やかに硬化温度まで下げることによって幅０．０００００２ｍのグレーティングパターンが完成する。グレーティングパターンのアスペクト比は、ヒータの温度調整及び加熱時間調整と熱可塑性フィルムの樹脂材料の選別とにより制御することができる。さらに、開口部２２のスリット高をさらに高くした型枠部材を用いてグレーティングパターンを形成することも可能である。
【００５５】
また、断熱ハウジング１１内でグレーティングパターンを形成すると、水が相転移するまでの時間を短くすることができるので、成形品の成形サイクルを高めることが可能となる。なお、断熱ハウジング１１の代わりに、真空チャンバーを用いて真空環境下で上述した形成処理を行った場合であっても、低圧力環境における相転移温度の変化により水が気体に変化しやすくなるので、同様に成形サイクルを高めることが可能となる。
【実施例５】
【００５６】
図８（ａ）は、実施例５に係るプラスチック材料の加工装置であって、マイクロレンズアレーを作成するために用いられる平滑面形成装置４０を示した概略図平面であり、図８（ｂ）は断面図である。平滑面形成装置４０は、実施例１，２において説明した型枠部材２と基台３を有し、更に、型枠部材２及び基台３は閉ハウジング４１内に内装されている。この閉ハウジング４１は、少なくとも１０ＭＰａ程度の圧力に耐えうる耐圧性能を有している。
【００５７】
また、実施例５に係る平滑面形成装置４０の閉ハウジング４１には、次述する炭酸ガスを所定圧力で閉ハウジング４１内に注入することが可能な注入装置４２が設けられている。
【００５８】
なお、型枠部材２に、直径０．０００１メートル（１００μｍ）の円形の開口部４が等間隔に多数配設され、型枠部材２は、強磁性体であるニッケル（Ｎｉ）によって形成されている点は実施例１、２と同様であり、基台３が、ヒータ（加熱手段）と磁性発生装置とを内設する点に関しては実施例１〜４と同様である。
【００５９】
さらに、マイクロレンズアレーを形成する熱可塑性フィルム６は、熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）が１００℃のメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）で構成されている点で実施例１，２と同様である。
【００６０】
次に、マイクロレンズアレーを作成する方法を説明する。
【００６１】
まず、基台３の上面に、熱可塑性フィルム６を載置する。さらにこの熱可塑性フィルム６の上に型枠部材２を積層設置して、磁性発生装置（圧力付加手段）により生ずる磁力により型枠部材２を熱可塑性フィルム６に密着させる。
【００６２】
熱可塑性フィルム６を基台３と型枠部材２とで挟み込んだ状態で、ヒータを用いて基台３上面を加熱する。このとき、ヒータの加熱温度を、熱可塑性フィルム６の熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）より低い温度（８０℃）に設定する。熱可塑性フィルム６がヒータにより加熱された場合、ヒータの加熱温度は熱変形温度以下であるため、積極的な形状変化は生じないが、外力に対する硬度は加熱前に比べて低下する。この状態において、注入装置４２より炭酸ガス（二酸化炭素）を８ＭＰａの圧力で閉ハウジング４１内に供給する。ここで、図９に示すように、炭酸ガスの臨界温度は３１．１℃であり、臨界圧力は７．３８ＭＰａであることから、注入された炭酸ガスは臨界温度、臨界圧力に到達して超臨界状態となる。一般に超臨界状態となった炭酸ガス（超臨界流体）４４は、図１０に示すように、高分子内にとけ込み、可塑化して融点やガラス転移温度を低下させる。このため、超臨界状態となった炭酸ガス４４が熱可塑性フィルム６に浸透し、熱可塑性フィルム６が８０℃程度の温度であっても軟化することとなる。
【００６３】
このように軟化した熱可塑性フィルム６に対し、磁性発生装置を用いて型枠部材２を押圧させる。このとき、磁性発生装置を制御することによって、型枠部材２の開口部４より軟化した熱可塑性フィルム６が凸状に張り出して半球面状の平滑面を形成する程度に、型枠部材２を熱可塑性フィルム６に押圧させる。この押圧によって、熱可塑性フィルム６が薄肉化されて型枠部材２も相対的に基台３側に移動する。さらに、超臨界状態となった炭酸ガス４４の注入が終了した後にも、型枠部材２による熱可塑性フィルム６への圧力を維持させ続ける。このように押圧する型枠部材２の圧力を維持し続けることによって、型枠部材２の開口部４を介して開口部４を臨む開放面６ａが、上方に膨らんだ湾曲面形状を維持する。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、基台３の上面と熱可塑性フィルム６との間に隙間ができ、マイクロレンズの湾曲面ができあがる。この処理状態において、熱可塑性フィルム６の厚みＬが例えば０．５ｍｍ以下の薄さであることが望ましい。
【００６４】
その後、開放面６ａの湾曲面状態を保ったまま熱可塑性フィルム６の温度を緩やかに硬化温度まで下げることによって、開口部４の直径０．０００１ｍのレンズ面を備えたマイクロレンズアレーが形成される。レンズ面を構成する開放面６ａの湾曲面状態及びマイクロレンズアレーの厚み等は、ヒータの温度調整及び加熱時間調整と、超臨界流体による加圧速度・減圧速度の調整と、熱可塑性フィルム６の樹脂材料の選別・調整等とを行うことによって制御することができ、各種調整を行うことによって、開放面６ａを半球状にしたり非球面上にしたりすることも可能となる。
【実施例６】
【００６５】
図１１（ａ）（ｂ）に示すように、実施例６に係る平滑面形成装置５０は、型枠部材２と、基台３と、注入装置４２とを有している点で実施例５と同じであるが、型枠部材２と、基台３と、注入装置４２とを内装した閉ハウジング４１が断熱ハウジング５１である点で実施例５と相違する。断熱ハウジング５１は、閉ハウジング４１と同様に、少なくとも１０ＭＰａ程度の圧力に耐えうる耐圧性能を有している。
【００６６】
なお、型枠部材２は、実施例１，２、５と同じであり、基台３は、実施例１〜５と同じであり、注入装置４２は、実施例５と同じあるため、その説明を省略する。さらに、実施例６に係る平滑面形成装置に用いる熱可塑性フィルム６も、実施例１、２、５において説明したものと同じであるため、本実施例での説明を省略する。
【００６７】
次に、マイクロレンズアレーを作成する方法を説明する。
【００６８】
まず、断熱ハウジング５１内に設置される基台３の上面に、熱可塑性フィルム６を載置する。さらにこの熱可塑性フィルム６の上に型枠部材２を積層設置して、磁性発生装置（圧力付加手段）により生ずる磁力により型枠部材２を熱可塑性フィルム６に密着させる。
【００６９】
熱可塑性フィルム６を基台３と型枠部材２とで挟み込んだ状態で、ヒータを用いて基台３上面を加熱する。このとき、断熱ハウジング５１内の温度を４０℃に保ち、ヒータの加熱温度を、熱可塑性フィルム６の熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）より低い温度（８０℃）に設定する。熱可塑性フィルム６がヒータにより加熱された場合、ヒータの加熱温度は熱変形温度以下であるため、積極的な形状変化は生じないが、外力に対する硬度は加熱前に比べて低下する。この状態に置いて、注入手段より４０℃の炭酸ガス（二酸化炭素）を８ＭＰａの圧力で断熱ハウジング５１内に供給する。ここで、図９に示すように、炭酸ガスの臨界温度は３１．１℃であり、臨界圧力は７．３８ＭＰａであることから、注入された炭酸ガスは臨界温度、臨界圧力に到達するので超臨界状態となる。一般に超臨界状態となった炭酸ガス（超臨界流体）４４は、図１１（ａ）に示すように、高分子内にとけ込み、可塑化して融点やガラス転移温度を低下させる。このため、超臨界状態となった炭酸ガス４４が熱可塑性フィルム６に浸透し、熱可塑性フィルム６が８０℃程度の温度であっても軟化することとなる。
【００７０】
このように軟化した熱可塑性フィルム６に対し、磁性発生装置を用いて型枠部材２を押圧させる。このとき、磁性発生装置を制御することによって、型枠部材２の開口部４より軟化した熱可塑性フィルム６が凸状に張り出して半球面状の平滑面６ａを形成する程度に、型枠部材２を熱可塑性フィルム６に押圧させる。この押圧によって、熱可塑性フィルム６が薄肉化されて型枠部材も相対的に基台３側に移動する。さらに、超臨界状態となった炭酸ガス４４の注入が終了した後にも、型枠部材２による熱可塑性フィルム６への圧力を維持させ続ける。このように押圧する型枠部材２の圧力を維持し続けることによって、炭酸ガスの注入が終了した後に軟化状態の熱可塑性フィルム６が、型枠部材２の開口部４を介して、開口部４を臨む開放面６ａが上方に膨らんだ湾曲面形状を維持する。具体的には、図１１（ｂ）に示すように、基台３の上面と熱可塑性フィルム６との間に隙間ができ、マイクロレンズの湾曲面ができあがる。この処理状態において、熱可塑性フィルム６の厚みＬが例えば０．５ｍｍ以下の薄さであることが望ましい。
【００７１】
その後、開放面６ａの湾曲面状態を保ったまま熱可塑性フィルム６の温度を緩やかに硬化温度まで下げることによって、開口部の直径０．０００１ｍのレンズ面を備えたマイクロレンズアレーが形成される。レンズ面を構成する開放面６ａの湾曲面状態及びマイクロレンズアレーの厚み等は、ヒータの温度調整及び加熱時間調整と、超臨界流体による加圧速度・減圧速度の調整と、熱可塑性フィルム６の樹脂材料の選別・調整等とによって制御することができ、各種調整を行うことによって、開放面６ａを半球状にしたり非球面上にしたりすることも可能となる。
【実施例７】
【００７２】
図１２（ａ）は、実施例７に係る平滑面形成装置６０を示した概略平面図であり、図１２（ｂ）は、概略断面図である。実施例７に係る平滑面形成装置６０は、基台３と注入装置４２とが閉ハウジング４１に内装されている点で実施例５と同じであるが、円形でなくスリット状に形成された開口部２２を備えた型枠部材２１を有している点で相異する。
【００７３】
なお、型枠部材２１は、実施例３、４と同じであり、基台３は、実施例１〜６と同じであり、注入装置４２は、実施例５、６と同じであり、閉ハウジング４１は、実施例５と同じであるためその説明を省略する。さらに、実施例７に係る平滑面形成装置６０に用いる熱可塑性フィルム２３も、実施例３、４において説明したものと同じであるため、本実施例での説明を省略する。
【００７４】
次に、グレーティングパターンを作成する方法を説明する。
【００７５】
まず、基台３の上面に、熱可塑性フィルム２３を載置する。さらにこの熱可塑性フィルム２３の上に型枠部材２１を積層設置して、磁性発生装置により生ずる磁力により型枠部材２１を熱可塑性フィルム２３に密着させる。
【００７６】
熱可塑性フィルム２３を基台３と型枠部材２１とで挟み込んだ状態で、ヒータを用いて基台上面を加熱する。このとき、ヒータの加熱温度を、熱可塑性フィルム２３の熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）より低い温度（６０℃）に設定する。さらに、注入装置より３５℃の炭酸ガスを１０ＭＰａの圧力（超臨界状態）で閉ハウジング４１内に注入する。ここで、図９に示すように、炭酸ガスの臨界温度は３１．１℃であり、臨界圧力は７．３８ＭＰａであるため、注入された炭酸ガスは、臨界温度、臨界圧力に到達して超臨界状態となる。このため、超臨界状態となった炭酸ガス４４が熱可塑性フィルムに２３浸透し、熱可塑性フィルム２３が軟化することとなる。
【００７７】
このようにして軟化した熱可塑性フィルム２３に対して、磁性発生装置を用いて型枠部材２１を押圧させる。このとき、磁性発生装置を制御することによって、図１３（ｂ）に示すように、型枠部材２１の開口部２２より軟化した熱可塑性フィルム２３が凸状に張り出して柱状となる程度に、型枠部材２１を熱可塑性フィルム２３に押圧させる。この押圧によって、熱可塑性フィルム２３が薄肉化されて型枠部材２１も相対的に基台３側に移動する。さらに、超臨界状態となった炭酸ガス４４の注入が終了した後にも、型枠部材２１による熱可塑性フィルム２３への圧力を維持させ続ける。このように押圧する型枠部材２１の圧力を維持し続けることによって、炭酸ガスの注入が終了した後に軟化状態の熱可塑性フィルム２３の開口部２２を臨む開放面２３ａが上方に膨らんで柱形状となって立設された状態となる。この処理状体において、熱可塑性フィルム２３の厚みＬが例えば０．５ｍｍ以上と厚いことが望ましい。熱可塑性フィルム２３の厚みが厚いと、下側ヒータとの間に隙間ができにくく、異方性なグレーティング形状を形成しやすくなるためである。
【００７８】
その後、柱形状部分の形を保ったまま熱可塑性フィルム２３の温度を緩やかに硬化温度まで下げることによって、幅０．０００００２ｍのグレーティングパターンが完成する。グレーティングパターンのアスペクト比は、ヒータの温度調整及び加熱時間調整と、超臨界流体による加圧速度・減圧速度の調整と、熱可塑性フィルム２３の樹脂材料の選別・調整等とによって制御することができる。さらに、図６に示すような開口部のスリット高をさらに高くした型枠部材２５を用いてグレーティングパターンを形成することも可能である。
【実施例８】
【００７９】
図１４に示す実施例８に係る平滑面形成装置７０は、型枠部材２１と、基台３と、注入装置４２とを有している点で実施例７と同じであるが、型枠部材２１と、基台３と、注入装置４２とを内装した閉ハウジング４１が断熱ハウジング５１である点で実施例７と相違する。
【００８０】
なお、型枠部材２１は、実施例３、４、７と同じであり、基台３は、実施例１〜７と同じであり、断熱ハウジング５１は、実施例６と同じであり、注入装置４２は、実施例５〜７と同じあるため、その説明を省略する。
【００８１】
次に、グレーティングパターンを作成する方法を説明する。
【００８２】
まず、断熱ハウジング５１内に設置される基台３の上面に、熱可塑性フィルム２３を載置する。さらにこの熱可塑性フィルム２３の上に型枠部材２１を積層設置して、磁性発生装置により生ずる磁力により型枠部材２１を熱可塑性フィルム２３に密着させる。
【００８３】
熱可塑性フィルム２３を基台３と型枠部材２１とで挟み込んだ状態で、ヒータを用いて基台上面を加熱する。このとき、ヒータの加熱温度を、熱可塑性フィルム２３の熱変形温度（軟化温度Ｔｍ℃）より低い温度（７０℃）に設定する。さらに、注入装置４２より３５℃の炭酸ガスを９ＭＰａの圧力（超臨界状態）で断熱ハウジング５１内に注入する。ここで、図９に示すように、炭酸ガスの臨界温度は３１．１℃であり、臨界圧力は７．３８ＭＰａであるため、注入された炭酸ガスは、臨界温度、臨界圧力に到達して超臨界状態となる。このため、超臨界状態となった炭酸ガス４４が熱可塑性フィルムに２３浸透し、熱可塑性フィルム２３が軟化することとなる。
【００８４】
このようにして軟化した熱可塑性フィルム２３に対して、磁性発生装置を用いて型枠部材２１を押圧させる。このとき、磁性発生装置を制御することによって、型枠部材２１の開口部２２より軟化した熱可塑性フィルム２３が凸状に張り出して柱状となる程度に、型枠部材２１を熱可塑性フィルム２３に押圧させる。この押圧によって、熱可塑性フィルム２３が薄肉化されて型枠部材２１も相対的に基台３側に移動する。さらに、超臨界状態となった炭酸ガス４４の注入が終了した後にも、型枠部材２１による熱可塑性フィルム２３への圧力を維持させ続ける。このように押圧する型枠部材２１の圧力を維持し続けることによって、炭酸ガスの注入が終了した後に、開口部２２を臨む開放面２３ａが上方に膨らんで柱形状となって立設された状態となる。この処理状体において、熱可塑性フィルム２３の厚みＬが例えば０．５ｍｍ以上と厚いことが望ましい。熱可塑性フィルム２３が厚いと、下側ヒータとの間に隙間ができにくく、異方性なグレーティング形状を形成しやすくなるためである。
【００８５】
その後、柱形状部分の形を保ったまま熱可塑性フィルム２３の温度を緩やかに硬化温度まで下げることによって、幅０．０００００２ｍのグレーティングパターンが完成する。グレーティングパターンのアスペクト比は、ヒータの温度調整及び加熱時間調整と、超臨界流体による加圧速度・減圧速度の調整と、熱可塑性フィルム６の樹脂材料の選別・調整等とによって制御することができる。さらに、図６に示すような開口部のスリット高をさらに高くした型枠部材２５を用いてグレーティングパターンを形成することも可能である。
【比較例１】
【００８６】
比較例１として、従来より用いられている射出成形工法を用いてマイクロレンズアレーを成形する。まず、マイクロレンズアレー用のマスクを用いてシリコンウェハー上に塗布されたレジストを露光することによって、シリコンウェハー上にマイクロレンズアレーのレジストパターンを形成する。その後、パターニングされたシリコンウェハーの表面を導電化し、ニッケル電鋳することによりマイクロレンズアレー用のスタンパを形成する。このようにして形成されたマイクロレンズアレー用のスタンパを射出成形機に装着し、溶融樹脂を射出成形することによってマイクロレンズアレーを完成させる。
【比較例２】
【００８７】
比較例２も、比較例１と同様に射出成形工法を用いて半導体レーザー反射鏡用のグレーティングパターンを成形する。比較例２においても、まず、グレーティングパターン用のマスクを用いてシリコンウェハー上に塗布されたレジストを露光することによって、シリコンウェハー上にグレーティングパターンのレジストパターンを形成する。その後、パターニングされたシリコンウェハーの表面を導電化し、ニッケル電鋳することによりグレーティングパターン用のスタンパを形成する。このようにして形成されたグレーティングパターン用のスタンパを射出成形機に装着し、溶融樹脂を射出成形することによってグレーティングパターンを完成させる。
【００８８】
実施例１〜実施例８と比較例１、２との比較
上述した実施例１、２、５、６により形成されるマイクロレンズアレーと比較例１により成形されるマイクロレンズアレーとを比較すると、実施例１、２、５、６によって形成されたマイクロレンズアレーのレンズ面（開放面６ａ）は、型を用いることなく開口部４を介して自由空間に対して張り出すようにして湾曲面状態が形成されているので、レンズ面を平滑に形成することができる。一方、比較例１によって形成されたマイクロレンズアレーは、レンズの頂点が平坦になったり、レンズ表面にレジスト表面の粗さが転写されてしまって面粗さが大きくなってしまったりする部分が存在していた。また、実際に電子写真製造装置に組み込んで画像イメージを出力してみると、実施例１、２、５、６によって形成されたマイクロレンズアレーにより出力される画像イメージに比べて、比較例１により成形されたマイクロレンズアレーで出力される画像イメージはその画像精度が劣るものであった。
【００８９】
また、実施例３、４、７，８によって形成された半導体レーザー反射鏡用のグレーティングパターンと比較例２により成形されたグレーティングパターンとを比較した結果も、上述したマイクロレンズアレーと同様に、実施例３、４、７，８により形成されたグレーティングパターンは、型を用いることなく開口部２２を介して自由空間に対して張り出すようにしてパターンが形成されているので、グレーティング表面を平滑に形成することができる。一方、比較例２によって形成されたグレーティングパターンは、グレーティング表面にレジスト表面の粗さが転写されてしまって面粗さが大きくなってしまう部分が存在し、実施例３、４、７、８により形成されたグレーティングパターンに比べて精度が劣っていた。
【００９０】
以上説明したように、本発明に係るプラスチック材料の加工装置を用いることによって、開口部を介して自由空間にプラスチック材料が張り出した状態となってプラスチック材料自身の表面張力により成形品の外表面が形成され、転写型を用いることなく高い機能形状を形成することが可能となるので、転写型の表面粗さが成形品に転写されることがなく、極めて滑らかで平滑な表面形状を形成することが可能となる。
【００９１】
特に、実施例１〜実施例４に示したようにプラスチック材料の軟化温度Ｔｍに対して相転移物体（実施例１〜４では水）の相転移温度Ｔｔが、Ｔｍ℃−２０℃≦Ｔｔ℃≦Ｔｍ℃＋２０℃の場合には、プラスチック材料の軟化と相転移物質の相転移とがほぼ同時に生じるので、相転移物質の体積膨張に応じてプラスチック材料を熱変形させることができるという効果を生じる。
【００９２】
また、実施例５〜８に示したようにプラスチック材料の軟化温度Ｔｍに対して、プラスチック材料の加熱温度Ｔｐが、Ｔｍ℃−５０℃≦Ｔｐ℃≦Ｔｍ℃−１℃と、低い温度域で実施することにより、低温加工が可能であり、冷却、硬化後の形状変化、残留応力を従来法より格段に低減することが可能となる。
【００９３】
なお、本発明に係るプラスチック材料の加工方法及びこの加工方法により形成される成形品並びに加工装置は上述した実施例１〜実施例８に示したものに限定されるものではない。例えば、実施例１〜実施例４においては、相転移物質として水を用いて説明を行ったが、相転移物質は水に限定されるものではなく、プラスチック材料の軟化温度との対応を考慮して他の相転移物質を用いることも可能である。さらに、実施例１〜実施例４においては、相転移物質をプラスチック材料と基台との間に塗布したり、プラスチック材料に吸着させたりしたが、必ずしも相転移物質を意図的に塗布・吸着させる必要はなく、例えばプラスチック材料としてアクリル樹脂を用いる場合には、アクリル樹脂内に予め水分が含まれているので、意図的に相転移物質を塗布・吸着させる必要がない。
【００９４】
本発明に係るプラスチック材料の加工方法を応用することによって、ＭＥＭＳ関連技術として、バイオＭＥＭＳ、マイクロ流路等への展開が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施例１に係る平滑面形成装置を示した平面図である。
【図２】図１に示すＡ―Ａ断面を示した断面図であって、（ａ）は加熱前の状態を示し、（ｂ）は加熱により水が相転移を生じた状態を示している。
【図３】実施例２に係る平滑面形成装置を示した断面図であって、（ａ）は加熱前の状態を示し、（ｂ）は加熱により水が相転移を生じた状態を示している。
【図４】実施例３に係る平滑面形成装置を示した平面図である。
【図５】図４に示すＢ―Ｂ断面を示した断面図であって、（ａ）は加熱前の状態を示し、（ｂ）は加熱により水分が相転移を生じた状態を示している。
【図６】実施例３においてスリットの高さを高くした型枠部材を用いた平滑面形成装置を示した断面図である。
【図７】実施例４に係る平滑面形成装置を示した断面図であって、（ａ）は加熱前の状態を示し、（ｂ）は加熱により水が相転移を生じた状態を示している。
【図８】実施例５に係る平滑面形成装置を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ断面を示した断面図である。
【図９】温度及び圧力に応じた二酸化炭素の状態図を示したものである。
【図１０】図８（ａ）に示すＣ−Ｃ断面を示した断面図であって、（ａ）は炭酸ガスが充填された様子を示しており、（ｂ）は熱可塑性フィルムの開放面が開口部を介して自由空間に対して張り出すようにして湾曲面状態が形成される様子を示している。
【図１１】実施例６に係る平滑面形成装置を示した断面図であって、（ａ）は炭酸ガスが充填された様子を示しており、（ｂ）は熱可塑性フィルムの開放面が開口部を介して自由空間に対して張り出すようにして湾曲面状態が形成される様子を示している。
【図１２】実施例７に係る平滑面形成装置を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ断面を示した断面図である。
【図１３】図１２（ａ）に示すＤ−Ｄ断面を示した断面図であって、（ａ）は炭酸ガスが充填された様子を示しており、（ｂ）は熱可塑性フィルムの開放面が上方に膨らんで柱形状となって設立された状態となった様子を示している。
【図１４】実施例８に係る平滑面形成装置を示した断面図であって、（ａ）は炭酸ガスが充填された様子を示しており、（ｂ）は熱可塑性フィルムの開放面が開口部を介して自由空間に対して張り出すようにして湾曲面状態が形成される様子を示している。
【符号の説明】
【００９６】
１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０  平滑面形成装置
２、２１、２５  型枠部材
３  基台
４、２２  開口部（平滑面形成用開口）
６、２３  熱可塑性フィルム（プラスチック材料）
６ａ、２３ａ  開放面
１１、５１  断熱ハウジング（蓄熱空間形成室）
４１  閉ハウジング
【図１】
2006103297.tif 000003
【図２】
2006103297.tif 000004
【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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