(57)【要約】  表面の少なくとも一部が微小構造化又はナノ構造化された寸法を有する複雑な鋳型表面を正確に複製するポリマー・フィルムを生産するための方法及び装置が開示されている。ポリマー粉体が基礎となる鋳型表面上に電気堆積される。続いて、粉体はポリマー・フィルムを作成するために硬化される。最後に、フィルムは鋳型表面から除去される。
2007530306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が微小構造化又はナノ構造化された寸法を有する複雑な鋳型表面を正確に複製するポリマー・フィルムを生産する方法であって、
（ａ）基礎をなす鋳型表面上にポリマー粉体を電気堆積する工程と、
（ｂ）前記ポリマー・フィルムを作成するために前記粉体を硬化する工程と、
（ｃ）前記ポリマー・フィルムを除去する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記ポリマー粉体は熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂のいずれかを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂はアクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ウレタン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル、又は、シリコーンの１つ又は複数を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱硬化樹脂は以下、すなわち、機能性エポキシ、エポキシポリエステル、シリコーン、及び、ＵＶ硬化ポリマーの１つである請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ポリマー粉体は市販の純粋材料を根本的に含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマー粉体はいずれの添加物もない市販の純粋材料を根本的に含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリマー粉体はさらなる相又はフィルタ材料を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記フィルムは、前記粉体を移動中の鋳型表面上に電気堆積することにより、連続して形成される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基礎をなす鋳型は自体が、内に形成された所望の複雑なパターンを有する基礎をなす基板に対して粉体を電気堆積することにより作成されたポリマー材料から形成されている請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋳型を形成するために使用された前記ポリマー粉体は前記フィルムを形成するために使用された前記ポリマー材料よりも高い融点を有する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フィルムをポリマー材料のさらなるフィルムに接着するさらなる工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記さらなるフィルムは前記第１に述べられたフィルムとは異なった組成及び異なった特性を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記さらなるフィルムは前記第１に述べられたフィルムに連続した形で接着される請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記さらなるフィルムは前記第１に述べられたフィルムよりも硬い材料から作成されている請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記さらなるフィルムは、ポリマー粉体材料を前記第１に述べられたフィルムに電気堆積し、かつ、続いて、前記さらなるフィルムを硬化することにより接着される請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１に述べられたフィルムの厚さは２５ミクロン（０．００１インチ）と５００ミクロン（０．０２０インチ）の間であり、前記さらなるフィルムの厚さは２５ミクロン（０．００１インチ）と５００ミクロン（０．０２０インチ）の間である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１に述べられたフィルムはナイロン又はポリスルホンなどのＵＶ硬化塗装用の固い熱可塑性樹脂であり、前記さらなるフィルムはポリカーボネート、アクリル樹脂、又は、ポリウレタンから作成されている請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記さらなるフィルムは帯電鋳型及び粉体塗装若しくは塗布ナイフを使用すること、又は、塗布ローラのいずれかにより塗布される請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記粉体の粒子サイズは、いかなる空気の閉じ込めも実質的に回避するために、前記鋳型の表面におけるパターン形成された凹みを底から充填することにより前記フィルムが形成されるように十分に小さい請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記粒子サイズは最大の寸法において約５０ミクロンより大きくない請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記粒子サイズは約５から２０ミクロンの範囲にある請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記鋳型の表面は前記除去されたフィルム内に導通孔又は経由孔を設けるように構成されている請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記経由孔は前記鋳型の深さを前記ポリマー粉体で部分的にのみ充填することにより形成され、その後に、何らかの均一な高さに粉体層を押圧するために、前記堆積された粉体の表面に材料の弾性層を押圧し、かつ、続いて、前記フィルムを形成するために前記粉体化材料を硬化する工程が続く請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記硬化工程はＵＶ又は放射線のいずれかにより達成される請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記フィルムの厚さは２５ミクロン（０．００１インチ）と５００ミクロン（０．０２０インチ）の間である請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記鋳型は、前記鋳型に対して形成されるポリマー製品よりも高いガラス転移温度のポリマー材料から形成されている請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
より厚い柔軟な裏当て材料に前記フィルムを張り合わせる工程をさらに含み、前記張り合わされた柔軟な材料は複雑な微小構造性表面を形成するための鋳型として使用可能である請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記鋳型は毎分１６と３３ｍ（毎分５０と１００フィート）の間の速度において移動している請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記ポリマー粉体はポリマー化工程から直接に、かつ、前記粉体を提供するためにより大きな材料をすり砕く必要なしに得られる請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
フィルムの平面の上方及び下方に凹み及び盛り上がった領域の複雑なパターンの少なくとも１つの領域を有し、前記パターンの形状は小さな微小構造寸法の少なくともいくつかを含むポリマー・フィルムを作成する方法であって、
（ａ）形成される前記パターンの形状を規定する向かい合う鋳型面の対面する領域内にポリマー粉体を電気堆積する工程と、
（ｂ）前記粉体が溶融され、かつ、続いて、硬化される硬化ステーションを介して前記向かい合う面を搬送する工程と、
（ｃ）前記向かい合う鋳型面から前記硬化されたフィルムを剥離する工程と、を含む方法。
【請求項３１】
前記電気堆積された粉体は第１の鋳型面に塗布され、前記粉体は流動可能な状態に加熱され、かつ、第２の鋳型面は、この面の向かい合う側面から前記溶けた粉体にあてがわれ、それにより、前記フィルムの向かい合う側面上に前記複雑なパターンを設け、並びに、続いて、前記フィルムを硬化し、かつ、双方の鋳型面から剥離する請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
光学的に精密な寸法の微小構造の複雑なアレイの表面領域である部分を有するポリマー・フィルムを含む物品であって、前記物品は、前記物品の少なくとも一部の形状を規定する鋳型表面に対して電気堆積された粉体を硬化することにより形成される物品。
【請求項３３】
前記アレイの少なくとも一部はこれを介した経由孔を含む請求項３２に記載の物品。
【請求項３４】
前記物品は前記第１に述べられた層に接着されたポリマー材料の少なくともさらなる層を有する請求項３２に記載の物品。
【請求項３５】
前記さらなる層は前記第１のポリマー層とは異なった組成のポリマー材料を含む請求項３４に記載の物品。
【請求項３６】
ポリマー材料の前記さらなる層は比較的堅固であり、それにより、前記物品に構造的完全性を与えている請求項３４に記載の物品。
【請求項３７】
前記物品は追加の物品の形成のための鋳型を含む請求項３２に記載の物品。
【請求項３８】
前記ポリマー材料は前記複雑なアレイの反復する区間を有する連続フィルムのロールを含む請求項３２に記載の物品。
【請求項３９】
前記鋳型は、前記複雑なアレイの中で反復するパターンを有する連続した柔軟なベルトを提供するために、複数の前記物品を組み立てることにより形成される請求項３２に記載の物品。
【請求項４０】
前記フィルムは、前記フィルムに強度を与えるために前記第１に述べられた層より厚い柔軟な裏当て層を中に有する請求項３２に記載の物品。
【請求項４１】
少なくとも一部が複雑な微小構造化又はナノ構造化されたパターンを有するフィルムの巻取り体を連続して生産するための装置であって、
（ａ）表面内に前記微小構造化又はナノ構造化されたパターンを有する鋳型と、
（ｂ）前記表面上にポリマー粉体を電気堆積するための手段と、
（ｃ）上に前記所望の微小構造化又はナノ構造化されたパターンを有するフィルムを形成するために前記粉体の硬化を達成するための手段と、
（ｄ）前記鋳型から前記フィルムの除去を促進するための手段と、を含む装置。
【請求項４２】
前記鋳型は、上に形成される前記フィルムよりも高い融点を有するポリマー材料である請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記鋳型は、前記粉体を堆積するための手段を通過し、それにより、連続した基部上に前記フィルムを生産する連続した表面の形態になっている請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
前記第１に述べられた層に粉体のさらなる層を電気堆積するための手段、及び、前記さらなる層を硬化するための手段をさらに含む請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
上に前記複雑な微小構造又はナノ構造表面を有する比較的堅固なポリマー物品を提供するために、材料のさらなる比較的強く、かつ、堅固なポリマー層を前記第１に述べられた層に張り合わせるための手段をさらに含む請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
前記第１に述べられた鋳型パターンに相補なパターンを有するさらなる鋳型、前記さらなる鋳型を前記電気堆積された粉体と、前記電気堆積された粉体を硬化するに先立ち、噛み合わせ、それにより、フィルムの両側面上にパターンを有する前記フィルムを生産するための手段をさらに含む請求項４１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は「Ａ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｐｒｅｃｉｓｅ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ａｎｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｍｏｌｄｓ  ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｓａｍｅ」と題された米国仮特許出願第６０／４８５２６８号明細書の特典を主張する。
【背景技術】
【０００２】
様々な産業で関心を持たれているとして知られている微小構造体及びナノ構造体の製品の組立て物は、レンチキュラ・レンズ、フレネル・レンズ、光導波路、拡散器、再帰反射性フィルム、微小レンズ・アレイ、輝度増強フィルム（ＢＥＦ）、及び、ＬＥＤアレイなどの光学的応用例を有する構造化要素のアレイを含む。他の応用例は生物医学的構成部分、微小流体性製品、組織培養媒体、微小電気機械（ＭＥＭＳ）、微小音響製品、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）、燃料電池、及び、経済的な費用で大量の製品化を提供する高速精密微細組立て技術から恩恵を受けている他の幾何学形状を含む。
【０００３】
本発明は新規な長所を有する。なぜなら、鋳型の費用及び組立て時間が低減され、このことはより迅速な拡大及び製品化を意味するが、従来技術よりも大きな製造の速さからも恩恵を受けるからである。本発明は、例えばセラミック、ガラス、又は、金属粉などの他の第２相又は充填材物質と潜在的に搭載されているかいないかのいずれかの熱可塑性及び熱硬化性のポリマーの双方を含めて、従来技術よりも広範な材料の使用を可能にする。従来技術処理において、このような範囲は存在しないか、又は、器具の重大な磨耗をもたらす。本発明は、より高い使用温度に耐えるか、又は、典型的に使用されるポリマーの狭い範囲を超えていくつかの最終使用応用例に対して大きな恩恵となる改善された機械的、電気的、及び、光学的な諸特性を有するポリマー複合材料となる材料を微小形成するための能力を提供する。
【０００４】
本発明は新規な成果を達成するためにいくつかの商業的に知られている技術を適合させている。
【０００５】
本発明によれば、ポリマー製品は粉体塗装として一般に知られている工程の変形の手段により粉体化ポリマーを電気堆積することにより作成することができる。時々無溶剤塗装又は乾燥塗装と呼ばれるこの工程はいずれの液体の使用も必要とせず、したがって、空気の閉じ込めに伴う問題を排除している。粉体は鋳型に底から塗布され、空気が閉じ込められる可能性を排除し、かつ、速度はポリマーの溶融時間及び硬化速度によってのみ制限される。
【０００６】
粉体塗装産業は金属基板の塗装に対してよく知られているが、より最近は、硬化温度及び硬化時間の双方を低減するための重大な革新を行ない、それにより、塗装されるべき木材及びＰＶＣなどの温度に敏感な基板も可能にしている。同業界の主要な革新者の二社はＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｍｏｒｔｏｎ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ（ＭＰＣ）社及びＤｕｐｏｎｔ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ社である。粉体塗装工程に対して使用される典型的なポリマーのいくつかは極端な耐候性に対して推奨されるアクリル樹脂、パイプ及び事務所用家具に対するエポキシ樹脂、軽量備品及び棚に対するエポキシ・ポリマー、パネル、自動車構成部分、及び、庭園用家具に対するポリエステル、並びに、バーベキュー・グリルなどの高温応用例に対する珪素樹脂である。
【０００７】
粉体を計量配分するための塗布設備は非常に精巧であり、ＩＴＷ−Ｇｅｍｓ社及びＷａｇｎｅｒ社などの会社からの完全なシステムはコンベヤ・ライン上の部品に静電的に粉体を塗布し、続いて硬化される完全に自動化されたシステムを供給する。特に関心が持たれるものは、コイルの塗装などの連続的な巻取り物に対して設計された設備である。粉体は比較的大きな速度（毎分６．１から９．１ｍ（２０から３０フィート））及び５０から２００ミクロン（０．００２〜０．００８インチ）における移動中のスチール・コイルに塗布され、続いて硬化され、かつ、ロールに巻き上げられる。この設備は、本出願に説明されている如くの微小構造化フィルムの連続ロールを作成するために必要とされる設備に実質的に類似している。
【０００８】
従来の粉体塗装は１４８．９℃（３００°Ｆ）以上の範囲の温度で熱硬化される。これらの粉体塗装は金属製鋳型又は高融点ポリマー製鋳型を使用する組立て工程に対して有用であるが、いくつかの場合、温度安定性のより低いポリマー製鋳型を使用する長所がある。低温ポリマー製鋳型を使用する組立て工程に対して、低温粉体塗装は価値がある。特に関心が持たれるものは最近開発されたＵＶ粉体塗装であり、この塗装は５１．７から７９．４℃（１２５から１７５°Ｆ）ほどに低い温度で１から５秒間で硬化可能である。特定の物理的、化学的、又は、光学的な特性を有する製品を達成するためにポリマーの異なった層を組み合わせる際は低温硬化粉体塗装も価値がある。
【０００９】
粉体粒子のサイズは直径で５から２０ミクロンの範囲であるが、より小さなサイズさえも達成可能である。小さな粒子サイズを達成する能力は本発明のいくつかの態様に対して重要である。なぜなら、いくつかの応用例において、大きなアスペクト比又は非常に小さな機能性表面構造物を持つ微小構造体を複製する必要がある。大きなアスペクト比の表面構造物である僅か１０ミクロンの幅及び５０ミクロンの深さ（５：１のアスペクト比）の凹んだ微小構造体を持つ鋳型の場合、これに伴う粉体は鋳型の凹んだ開口部を充填するために十分小さくなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は精密微小構造体及びナノ構造体を微細組立てするために使用される工程及び装置、並びに、ポリマー鋳型を作成する方法に関する。典型的に、微小構造体は２５０ミクロン（０．０１０インチ）から１ミクロン（０．０００３９３インチ）の範囲であると、及び、ナノ構造体は０．００１ミクロン（０．０００００３９３インチ）未満であると考えられている。便宜のみの目的のため、本明細書において使用されている如くの語句「微小構造体」は、キューブ・コーナ反射、ＬＥＤのための放物面、光導波管のための二面体、及び、光学分野の当業者に知られている他の品目などの精密な寸法、角度、及び、表面を必要とする精密光学配置構成を必要とする小さな微小構造体を含むと見なされるものとする。いくつかの事例において、本発明は、１ｍｍから１０ｍｍの範囲の比較的小さな微小構造体における複雑なパターンの精密光学配置構成を形成するうえで大きな効用も有する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の目的は、少なくとも一部が微小構造化又はナノ構造化された寸法を有する複雑な鋳型表面を、正確に複製するポリマー・フィルムを作成するための方法及び装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、少なくとも一部が光学的に精密な寸法の微小構造体の複雑なアレイの表面領域を含むポリマー材料の層を含む物品を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、（第２の相材料の組み込みのある、及び、それのない）熱可塑性又は熱硬化性のポリマーの層を電気堆積することにより、微小構造化及びナノ構造化されたパターンを含む鋳型を形成するための工程を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、ポリマー又は金属の鋳型のいずれかを使用して、熱可塑性又は熱硬化性の精密微小構造化製品を連続して形成するための装置を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、精密微小構造体及びナノ構造体を有するポリマー製品を連続して形成することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、多数の硬い又は柔らかい層を持つポリマーにおいて精密微小構造体を形成するための装置及び工程を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、注文処方のポリマーよりも、むしろ市販のポリマー層からポリマー製鋳型及び微小構造化製品を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、導通孔又は経由孔を持つポリマー製精密微小構造体を形成することである。
【００１９】
要約すると、少なくとも一部が微小構造化又はナノ構造化された寸法を有する複雑な鋳型表面を正確に複製するポリマー・フィルムを作成するための方法であって、
（ａ）基礎をなす鋳型表面上にポリマー粉体を電気堆積する工程と、
（ｂ）ポリマー・フィルムを作成するために粉体を硬化する工程と、
（ｃ）ポリマー・フィルムを除去する工程と、を含む方法が提供される。
【００２０】
さらに要約すると、少なくとも一部が微小構造化又はナノ構造化された寸法を有する複雑な鋳型表面を正確に複製するポリマー・フィルムの巻取り体を連続して生産するための装置であって、
（ａ）基礎をなす鋳型表面上にポリマー粉体を電気堆積するための手段と、
（ｂ）ポリマー・フィルムを作成するために前記粉体の硬化を達成するための手段と、
（ｃ）鋳型からのフィルムの除去を促進するための手段と、を含む装置が提供される。
【００２１】
さらに要約すると、一部が光学的に精密な寸法の微小構造体の複雑なアレイの表面領域である部分を有するポリマー・フィルムを含む物品を提供することであり、前記物品は、物品の少なくとも一部の形状を規定する鋳型表面に対して電気堆積された粉体を硬化することにより形成される。
【００２２】
本発明の重要な長所は、精密微小構造体を形成するために、装置の一部としてポリマー製鋳型を作成する能力である。これらの粉体化ポリマーの多く、及び、特にＵＶ硬化するものが、低い硬化温度で鋳型内に堆積及びポリマー化が可能であるため、ポリマー製鋳型は従来技術で説明された金属製鋳型に対するより陣族かつより安価な代替品となっている。
【００２３】
このようなポリマー製鋳型は費用面及び工程面での多数の長所を有する。高ガラス転移温度ポリマー又は熱硬化性ポリマーからなるポリマー製鋳型を組み立てることにより、米国特許第４４８６３６３号明細書で説明されている工程、又は、大きな円筒形の金属製鋳型を構築するために必要な費用若しくは時間を費やさない高温ポリマー・エンボス加工のいずれかの改良版を使用して、低ガラス転移温度ポリマーを複製することが可能である。
【００２４】
マスター微小構造化パターン上に粉体化ポリマー層を静電的に塗布することによりポリマー製鋳型を組み立てるための装置及び方法が開示されている。マスター・パターンはダイヤモンド旋削、刻線、深部反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）、又は、このようなパターンを供給する他の技術などのいくつかの認識された方法により作成可能である。マスター・パターン又はマスター・パターンの電気鋳造コピーは、様々な産業で知られているタイル張り法により組み立てることができるポリマー・コピーを迅速かつ安価に作成するために使用可能である。大きな鋳型への部品のこの組立ては、微小構造化製品を組み立てるうえでの使用のためのより大きな鋳型を提供するためのダイの切断及び精密位置決め設備などのさらに開示されている組立体装置とともに使用することができる。
【００２５】
ポリマー・フィルム鋳型が、複合の追加強度及び耐久性並びに静電伝導性を与えるステンレス鋼又は他の適した基板などのより丈夫な裏当てに接着可能であることも実証されている。
【００２６】
ポリマー製鋳型を作成する別の方法は、米国特許第４４８６３６３号明細書又は同第４６０１８６１号明細書で説明されている装置の縮小版の使用によるいかなる長さのポリマー製鋳型、又は、このような鋳型の連続ロールでさえも組み立てるための小型かつ安価な電気鋳造金型を提供することである。
【００２７】
ポリマー製鋳型を作成するためのさらに別の方法は、小さな連続ベルトとして小さな鋳型を先ず仕上げ、次に、いかなる必要な長さの鋳型も提供するために小さな鋳型の複製を供給するポリマー層を連続して塗布することである。
【００２８】
この技術の主要な長所の１つは、粉体が堆積されるに従い、マスター・パターン又は鋳型が底から充填されることである。米国特許第４４８６３６３号明細書及び同第４６０１８６１号明細書で規定されている如くのエンボス加工によりポリマー製鋳型を作成することは、粘性ポリマーが工程中に空気を閉じ込めながら頂部から押下され、かつ、熱可塑性ポリマーに限定されることを必要とする。本発明によれば、エンボス加工又は鋳込みの技術に見出される高温ポリマー又は液体複製の粘度又は表面張力による限界に比較して、小さな粒子サイズ、及び、特にサブミクロン及びナノの大きさの粒子がサブミクロン及びナノの大きさの複雑な表面構造体を充填するうえで長所を有する。
【００２９】
別の主要な長所は、ポリマー層が、はるかに高い使用温度及び寸法安定性を有する熱硬化性又はＵＶ硬化性のポリマーから作成できることである。
【００３０】
ポリマー製鋳型を供給するために上記の方法のいずれかを使用して、様々な産業の供給源から入手可能な粉体化ポリマーは、微小構造化パターンを持つ個別に複製された部品又はロールに巻き取られた連続して組み立てられたフィルムのいずれかを作成するために使用可能である。
【００３１】
本発明は従来の粉体塗装材料の典型的な形成の大幅な強化であり、熱可塑性又は熱硬化性のポリマーは微小な粒子サイズにすり砕かれ、かつ、色を与えるための顔料、及び、様々な異なった基板への接着を確実にするために固有に設計された他の添加物と結合される。本発明は顔料及び接着促進剤の限定を考慮し、したがって、従来の粉体塗装装置が、純粋な粉体化ポリマーは、後に同ポリマーが適所において硬化され、かつ、連続フィルムとして除去されることが可能な鋳型上に電気堆積されることを可能にする。
【００３２】
市販又は注文処方の粉体化ポリマーは、中でも物理特性、化学的耐久性、耐候性、使用温度、屈折率、及び、光透過性に対する最終製品要件に基づき選択することができる。
【００３３】
本発明の最も簡略な形態は、従来技術（米国特許第４４８６３６３号明細書及び同第４６０１８６１号明細書）で使用されているアクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂ポリマーの粉体化物を使用し、続いて、同粉体を鋳型内に静電的に塗布し、今やポリマー内に固定された複製パターンを持つ層を硬化し、かつ、鋳型からこの層を除去することである。光学的な、及び、他の光管理微小構造体の分野において、これらの２つのポリマーに対する必要性が十分に確立されているため、これらのポリマーは本発明の好ましい実施例に含まれる。
【００３４】
ポリマー製鋳型を作成する新規な方法に関連して、微小構造化製品を組み立てるためのこの技術の主要な長所の１つは、粉体が堆積されるに従い、鋳型が底から充填していくことである。従来技術は、ポリマーが溶融していて、高粘度液体が頂部から押下されることを必要とする一方、このことは工程中に空気を閉じ込め、かつ、より小さな微小構造化及びナノ構造化された精密パターンに必要なレベルの精度を達成することをより困難にする。
【００３５】
鋳型を充填するために粉体層を使用する別の主要な長所は、微小構造化された表面構造物が製品全体の少数派の断面を典型的に表し、かつ、迅速に充填されて、より厚い裏当てに張り合わされることができ、したがって、基板全体を溶融し、かつ、形成する必要性を排除していることである。これの例はノート型コンピュータの画面の輝度効率を改善するとして本業界で知られている輝度増強フィルム（ＢＥＦ）である。このフィルムは、典型的に１２ミクロン（０．００５インチ）の断面を有する微小構造を持つ典型的に厚さ１５０ミクロン（０．００６インチ）である。本発明によれば、もし表面構造物が粉体化ポリマーを使用して複製され、硬化され、かつ、続いて、ポリカーボネート樹脂の裏当てに張り合わされるなら、１５０ミクロン（０．００６インチ）のポリカーボネート樹脂を溶融し、かつ、再形成する必要性は不要となる。
【００３６】
他の主要な長所は従来技術に比較した塗布の速度及び硬化速度である。粉体塗装、及び、コイル被覆スチール・シートに対するなどの特に連続粉体塗装に対する典型的な業界での速度は最大２．４から３メートル（８から１０フィート）の幅において毎分６から９メートル（２０から３０フィート）とすることができる。
【００３７】
追加の長所は、異なった粉体処方が層に適用可能であることである。もし微小構造体の硬い外部表面が必要であれば、粉体の第１の厚さ部分はナイロン又は他の十分に硬い材料とすることができ、その後、必要なだけ多くの異なった層が続く。硬化される段階中、これらの層は全てが一緒に溶融し、硬さの勾配を形成する。今や固定された微小構造化パターンを持つ溶融多層フィルムは、今鋳型から除去される。この層形成技術は、皮膚を破裂させるために先端において十分硬くなくてはならないが、応力下でずれ切断しないために基部において十分弾性的でなくてはならない微小針を組み立てるために特に有用である。弾性率又は弾性、線形膨張係数などの他の物理特性、及び、酸、アルカリ、に対する耐性、防湿性、又は、溶剤系化学物質に対する耐性などの設計化学特性に対しても同じことを行なうことができる。
【００３８】
さらに他の長所は、鋳型を部分的に充填し、微小構造体の頂部を覆われないままにすることにより、ポリマー内に精密導通孔又は微小経由孔を生成するための手段である。柔らかいポリマー製裏当てフィルムの使用は、鋳型の先端上及び詰められた粉体上の平坦な表面上のいずれの粉体の除去も確実にすることができる。一旦硬化されれば、ポリマーは除去することができ、鋳型内の突出した微小構造体により形成された精密構造化導通孔又は経由孔を残すことができる。この方法の追加の長所は、円形、三角形、四角形などの様々な形状に孔が作成され、かつ、鋳型の構造により決定されるいかなる程度にも傾けられることを可能にする。
【００３９】
本発明のさらに他の長所は、微小構造体が盛り上がった基板上に形成されることも可能にする。一旦鋳型が粉体化ポリマーで充填されれば、ポリマーは堅固なポリマー製シートに張り合わせ、かつ、続いて、硬化することができ、それにより、微小構造化パターンをより厚い支持部材に溶融する。この長所の例は、透明なポリマー製微小プリズムを盛り上がった透明な裏当ての厚いシートに張り合わせ、かつ、続いて、溶融することにより実証することができる。微小構造体に対する典型的な範囲は、０．９５ｃｍ（０．３７５インチ）の盛り上がったシートに溶融された高さ６４ミクロンの微小プリズム（０．００２５インチ）とすることができる。結果的な組み合わせは、既製の道路標識とするために十分に盛り上がった再帰反射性微小プリズム状製品を提供する。通常、米国特許第４４８６３６３号明細書及び同第４６０１８６１号明細書で説明されている如くの微小プリズム状再帰反射性シートは接着性の裏当てを使用して製造され、かつ、後に、堅固な支持部材を提供する処理済アルミニウム・パネルに塗布されなければならない。説明されている新規な手法は、ポリカーボネート又は他の透明な耐衝撃性ポリマーなどのポリマー製支持部材に微小プリズムを直接に装着し、接着剤及び組立て操作を排除し、費用及び組立て時間を大幅に削減している。
【００４０】
本発明の他の長所は、ポリマー化工程から直接にポリマー粉体を使用し、ペレット及び押出しフィルムを形成する必要性を迂回していることである。このことは、最初に粉体として生成され、続いて、ペレット、かつ、続いて、フィルムに押し出されるポリカーボネートなどのポリマーに対して特に有利である。いくつかのポリマーが通常は粉体として生産されない場合、ペレットをフィルムに押し出し、かつ、続いて、フィルムを複製しようと試みるよりも、むしろポリマーを粉体にすり砕くことはそれでも有利となることがある。
【００４１】
反応装置から直接に粉体を使用することの他の長所は、体積吸収率及び光透過率などの光学的特性を改善する押出し又は射出成型工程に対して必要な添加物の不在である。
【００４２】
図面は、本発明の好ましい実施例を描く一方、例のみの方法によっており、かつ、本発明の範囲を限定することは意図されていない。本発明の原理の改変及びさらなる修正並びにさらなる応用例は当業者に思い浮かび、かつ、上述のものとは異なる一方、説明されている如くの本発明の精神及び範囲内に留まることが期待されている。
【実施例】
【００４３】
図１を参照すると、表面上に代表的なレンチキュラー微小構造体を有する電気堆積されたニッケルから作成されたマスター・パターン２０を含めて、ポリマー製鋳型区間を作成するための方法が示されている。このようなデバイスを生産するための金属鋳型又は器具は光学技術の分野ではよく知られている。
【００４４】
１０ミクロンの粒子サイズを持つＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｍｏｒｔｏｎ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ社からのエポキシ系４４５−１００−１  ＣＯＲＶＥＬ（登録商標）ＧＲＥＥＮ粉体３の０．０１０ｃｍ（０．００４インチ）の層を塗布するために、Ｗａｇｎｅｒ社のＣｏｒｏｎａ  ＰＥＭ−Ｃ３  Ｍａｎｕａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｇｕｎなどの静電気銃２１が使用される。続いてポリマー・フィルム２４として硬化される粉体２３を溶融し、かつ、流すために、２分間にわたる１７６℃（３５０°Ｆ）の温度における電気又はガスＩＲ発光装置などの赤外放射線２２の光源が使用される。マスター・パターン２０は、これが、塗布されているポリマーに必要な硬化温度において寸法が安定している限り、金属又はポリマーとすることができる。マスター・パターンを覆ってポリマー層を形成するために粉体を使用することの主要な長所の１つは、粉体が堆積されるに従い、粉体がパターンを底から充填していき、従来技術のエンボス加工又は鋳込み技術に共通な問題の１つである空気の閉じ込めを排除することである。
【００４５】
通常、粉体塗装されている基板は、粉体塗装の接着を確実にするために、粉体の塗布に先立ち、接着促進化学薬浴で表面処理される。しかし、この場合、目的がポリマーを溶融し、硬化し、かつ、パターンが表面２４上に複製されているフィルムとして除去することであるため、粉体の塗布に先立ち、マスター・パターン２０の表面処理は省かれている。加えて、ほとんどの粉体塗装製品は接着促進添加物が処方されているため、各製品は、同製品がマスター・パターン又は鋳型から離れることを確実にするために試験されなければならない。いくつかの場合、もし接着促進添加物が除去工程を妨害することが見出されれば、同添加物は粉体の処方から意図的に省くことができる。
【００４６】
エポキシ系４４５−１００−１  ＣＯＲＶＥＬ（登録商標）はよく機能したが、工程はこの製品に限定されない。工程に対しては、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｍｏｒｔｏｎ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ社又はＤｕｐｏｎｔ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ社などの供給元から市販されている多くの他の熱可塑性又は熱硬化性の粉体化ポリマー２３が適している。粉体の選択及びサイズは完成された製品の最終用途に依存する。この応用例に対する市販の粉体塗装の適性は、化学的、物理的、及び、光学的な特性、融点、並びに、鋳型基板から開放する能力を含むいくつかの要因に基づく。熱可塑性樹脂の中では、ポリエステル、アクリル、ウレタン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル、及び、シリコーンがある。熱硬化性樹脂の中では、エポキシ、エポキシポリエステル、及び、ＵＶ硬化調合物がある。
【００４７】
ポリマー化工程から直接に生産された粉体化ポリマーを使用すること、及び、いくつかの微小組立て工程に対してフィルムを押出すための必要性を迂回することにおいては、予期せぬ重大な長所もある。このことは、通常は粉体として作成され、続いて、ペレットに形成され、かつ、続いて、再溶融されて鋳型に押し込まれる前にフィルムの形態に押し出されるポリカーボネートなどのポリマーに対して、特に有利なものである。加えて、ＧＥ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ社からのポリカーボネート又はＡｔｏＦｉｎａ社からのアクリル樹脂などの粉体塗装には通常は使用されない他の市販の押出し用等級熱可塑性樹脂は、ペレットの形態に持ち込むことができ、かつ、本出願で説明されているものなどの静電的応用例のために粉体にすり砕くことができる。
【００４８】
図２を参照すると、表面２５上に今や複製されたレンチキュラー精密微小構造体を持つエポキシ系４４５−１００−１  ＣＯＲＶＥＬ（登録商標）が硬化されたポリマー・フィルム２４はマスター・パターン２０から容易に除去されている。レンチキュラー精密微小構造化パターン２５は表面上に正確に形成されている。さらに、分離されたフィルム自体も、これより低い融点の粉体を使用して、後に続く複製物を作成するための鋳型として使用することができる。この場合、フィルム５は厚さ１００ミクロン（０．００４インチ）であった。
【００４９】
除去されたポリマー・フィルム２４の顕微鏡検査は、取り扱い、曲げるために十分に柔軟であり、自体が鋳型として使用されるポリマーにレンチキュラー・パターン２５の正確な複製があることを示した。
【００５０】
図１Ａを参照すると、ポリマー粉体２３は、同じくＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｍｏｒｔｏｎ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ社からのＮＸ３−９０９７  Ｃｌｅａｒに指定された透明なＵＶ硬化製品である。この場合、ＵＶ硬化ポリマー２３の硬化温度が僅か７９℃（１７５°Ｆ）であるため、ポリマー製マスター・パターン２０が使用された。ポリマー製マスター・パターン２０は、表面上に精密微小プリズム状構造体２６が形成された耐衝撃性を持たせたＰＭＭＡであるＡｕｔｏ  Ｈａａｓ  ＤＲ１００であった。粉体化ポリマー２３の塗布に先立ち、マスター・パターンの表面２０は、粉体塗装の塗布工程を介した静電気帯電を保証するうえで役立てるためにアルミニウム層２７が蒸着された。再び、この実験のために、ポリマーの接着を改善するために基板を表面エッチングする前処理の使用は回避された。粉体化ポリマー２３はＷａｇｎｅｒ  Ｃｏｒｏｎａ  ＰＥＭ−Ｃ３  Ｍａｎｕａｌ  Ｓｐｒａｙ銃２Ａを使用して厚さ２５０ミクロン（０．００１０インチ）の層に塗布された。サンプルは、ポリマー粉体を溶融するために２分間にわたりＩＲ発光装置６Ａを使用して７９℃（１７５°Ｆ）の温度に加熱され、続いて、２秒間にわたり６００ワットの水銀ランプを使用してＵＶ放射線８により硬化された。
【００５１】
表面上にレンチキュラー微小構造体を持つニッケルからなる面族基板に対しても同じ条件が使用され、金属基板が既に導電性であったため真空金属溶射層が必要ないことを唯一除く。
【００５２】
図２Ａを参照すると、表面２５上に今や精密微小構造体が複製されている硬化済みポリマー・フィルム２４が、金属溶射された層２７と共にマスター・パターン２０から容易に除去可能となっている。特に重要なことは、微小プリズム状ポリマー製マスター・パターンから除去されたＵＶ硬化済みポリマー・フィルムの複製された正確さである。もし寸法上の大きな許容誤差内に形成されていれば、微小プリズムは精密再帰反射体として機能する。適切に機能するために、典型的に、角度の許容誤差は円弧の２分又は必要な幾何形状の９９．９％を許容しなければならず、かつ、表面の平坦さは１，０００オングストローム（０．０００００３インチ）以内でなければならない。マスター・パターンから除去されたポリマー・フィルム２４における微小プリズム状構造体の検査は、同構造体が機能的な再帰反射体であり、かつ、したがって、寸法の面でこれらの許容誤差の正確さ以内であったことを実証した。さらに、分離されたフィルムはその後の複製物を作成するために使用することができる。
【００５３】
図３を参照すると、微小構造化パターン２５を持つ硬化済みポリマー・フィルム２４の複数の区間（図３の１３）が、鋳型として使用されるためのエンドレスの柔軟なベルト３０を提供するために切断され、かつ、組立てされている。
【００５４】
図４を参照すると、図３のポリマー製ベルトが２つのローラ４１により駆動されている経路４０内で使用されるために十分柔軟になっている。１つの好ましい実施例は、強度及び耐久性を向上させるためにステンレス鋼又はＫａｐｔｏｎ（登録商標）のフィルム４２などの強い金属製又はポリマー製の裏当てに接着するように結合された区間を有する。
【００５５】
本明細書における設備と同様の薄いフィルムをエンボス加工するために使用される従来設備又は他の設備は、主題が参照として本明細書に組み込まれている２００３年１２月１８日発行の米国特許公報第２００３／０２３２１７４号明細書により詳細に開示されている如くの鋳型としてここで生産されたフィルムを含む。
【００５６】
図５を参照すると、はるかに長尺のポリマー製鋳型を必要とする生産装置に対するそのような鋳型を作成するための他の方法は、エンドレス・ベルト４０として使用される直径が約３０．４８ｃｍ（１２インチ）以下のはるかに小さな鋳型を先ず組み立てることであり、続いて、同ベルト４０は粉体化ポリマー２１を塗布させ、溶融させ、かつ、ＩＲの熱又はＵＶ放射線を使用して２２により硬化させることにより複製される。続いて、硬化済みフィルムは鋳型から除去され、かつ、ロール２８に巻き取られる。
【００５７】
図６を参照すると、長尺のポリマー製鋳型を作成するためのさらに他の方法は、本出願に開示されている装置を伴う使用に対する長尺の微小構造化ポリマー製鋳型を作成するために使用可能である米国特許第４４８６３６３号明細書又は同第４６０１８６１号明細書で開示されたものなどの従来技術のエンボス加工装置の縮小版を適合することによる。５０ミクロン（０．００２インチ）のＰＥＮＮ５１などのより高い融点の担体フィルムと共にＧＥ社の１５０ミクロン（０．００６インチ）のポリカーボネート５０などの押出しポリマー・フィルムが１３７℃（４２５°Ｆ）の温度に高温ロール５２により加熱される。１０．５バール（１５０ｐｓｉ）の複数（図６では４本）の圧力ロール５３がポリマーを経路４０内の金属製鋳型３０上のフレネル・パターン内に流し込む。表面上に転写された鋳型パターンを今や備えた高温フィルム５４は冷却ステーション５５により固化され、鋳型３１から除去され、続いて、ロール２８に巻き取られる。この場合、エンボス加工されたフィルムは本発明の粉体技術における基礎となる鋳型表面として使用することができる。
【００５８】
図７を参照すると、今まで利用可能であったものよりも高速で微小構造化製品を組み立てるための１つの方法は、約３０．４８ｍ（１００フィート）以上の経路４０において使用されるかなりの長さの図５又は図６で示された如くのポリマー製鋳型３０の使用を含む。このサイズの鋳型は粉体化ポリマー２３の層を塗布するための多数の粉体塗布ステーション２１（図７では３個）、及び、毎分１６から３３ｍ（毎分５０又は１００フィート）の速度を達成するための複数（図７では３個）の硬化ステーション２２の使用を可能にする。複数の平滑化ロール２３（図７では２個）は、溶融段階中、かつ、最小硬化に先立ち、溶けたポリマーの流れを速める。続いて、完成した製品は分離した、かつ、柔軟なフィルム３１として除去され、かつ、続いて、ロール２８に巻き取られる。装置の速度は粉体塗布の速度並びにポリマーを溶融及び硬化するためのＩＲ発光装置の長さのみによって制限されている。ＵＶ硬化ポリマーは、同じ長さの鋳型を使用して、硬化速度をさらに高め、かつ、時間当たりにより多くの製品を生産する。
【００５９】
図７Ｂは、従来技術の装置を伴う金属製鋳型に対立するものとしてのポリマー製鋳型を使用して、精密微小構造化製品を組み立てる代案方法を示している。使用された機械は、１４９℃（３００°Ｆ）の温度、１０．４バール（１５０ｐｓｉ）の気圧、及び、毎分６１ｃｍ（２フィート）の速度で動作する米国特許第４４８６３６３号明細書及び同第４６０１８６１号明細書で説明されているものと実質的に同様であった。柔軟なポリマーフィルム３０は、本来教示されている金属製鋳型の代わりに、従来技術の装置における鋳型としての楕円形の経路において使用された。１５０ミクロン（０．００６０インチ）のＧＥ社のポリカーボネートの表面上のフレネル・パターンが、パターンをＫｌｏｃｋｅｒ社から型番ＰＲ−１８０−１４として入手可能な１２５ミクロン（０．００５インチ）のＰＶＣフィルム５０上に複製するための楕円形鋳型４０として使用された。ポリマー製鋳型３０及び複製される１２５ミクロン（０．００５インチ）ＰＶＣフィルムは、より高融点担体フィルムである５０ミクロン（０．００２インチ）ＰＥＮＮ５１と共に、４本の圧力ローラ５３の第１のローラに全て送られる。全ての３つのフィルム（３０、５０、及び、５１）は高温ロール３１により加熱される一方、圧力ロール５３は溶けたＰＶＣポリマーを楕円形鋳型３０上のパターン内に流し込む。６６℃（１５０°Ｆ）の温度がフィルム５０を溶融するために十分熱いだけであり、鋳型３０又は担体フィルム５１には十分ではないことに注意されたい。
【００６０】
表面に転写されたパターンを今や備えた高温のフィルム５４は冷却ステーション５５により再び固化される。この時点でＰＶＣフィルム５０及びＰＥＮＮ担体フィルム５１は鋳型５６から一緒に除去され、続いて、ロール５７に巻き取られる。
【００６１】
鋳型３０から除去されたフィルム５７の顕微鏡検査はフレネル溝の良好な複製を示した。同じ機械及び条件を使用して、１５０ミクロン（０．００６インチ）のポリスルホン・フィルムに、２５ミクロン（０．００１インチ）の深さのグルーブがけがかれ、Ａｕｔｏ  Ｈａａｓ  ＤＲ１００耐衝撃性ＰＭＭＡにおけるパターンを複製するための鋳型として使用された。顕微鏡検査は溝パターンの良好な複製を実証した。その結果、ポリカーボネート、ポリスルホン、及び、他のポリマーなどのより高い融点のポリマー鋳型は、ＰＶＣ、アクリル、及び、他のより低い融点のポリマーなどのより低い融点の基板の複製物を正確に形成するための鋳型として使用できると決定された。
【００６２】
図８を参照すると、９．５ｍｍ（０．３７５インチ）のポリカーボネート・シート６０などの盛り上がった基板は、溶けた微小構造化フィルム６２にローラ６１において張り合わされ、ＩＲステーション２１により予熱され、かつ、続いて、ステーション２２により硬化されることが可能である。微小構造化パターンが装着された硬化済みポリマーは、続いて、完成された複合体の一体化された部分となる。
【００６３】
図８Ａを参照すると、１５０ミクロン（０．００６インチ）のポリカーボネート５０などの柔軟な基板は、ＩＲステーション２２により予熱された溶けた微小構造化フィルム５２にローラ５１において張り合わされることが可能である。５３において装着された微小構造化パターンを備える硬化済みポリマーは完成された複合体の一体化された部分となる。
【００６４】
図９を参照すると、様々なポリマー層からなる連続微小構造化製品を組み立てるための方法は、ＩＲ加熱ステーション７３により硬化される第１の層６０に対してアプリケータ銃７０を使用することにより達成される。アプリケータ銃７２は、ＩＲ加熱ステーション７３により硬化される第２の層６１を塗布する。アプリケータ銃７４は、ＩＲ硬化ステーション７５により硬化される次の層６２を塗布する。全ての必要な層が塗布され、かつ、硬化されるまでこのように続く。続いて、最終製品が鋳型６３から除去され、かつ、ロール６４に巻き取られる。
【００６５】
図１０は図９の様々なポリマー層の拡大側面図である。アプリケータ銃４０は、鋳型４２上に粉体４１の第１の層を塗布する。第１の層４１はステーション４４においてＩＲ又はＵＶにより溶融され、かつ、硬化される。第２の層４５はアプリケータ銃４６により塗布され、この層４５はステーション４８においてＩＲ又はＵＶにより溶融され、かつ、硬化される、第３の層４９は銃５０により塗布され、この層４９はＩＲ又はＵＶステーション５２により溶融され、かつ、硬化される。
【００６６】
図１１を参照すると、層５３、５４、及び、５５は一緒に溶融され、かつ、鋳型５６から一体として除去される。
【００６７】
図１２は、何らかの所定の高さまで銃５８により鋳型上に塗布され、そのため、ＩＲ硬化ステーション６０により５９において溶融された後に鋳型の深さを部分的にのみ充填している粉体化ポリマー５７の層を使用して導通孔又は経由孔を持つ精密微小構造体を作成する１つの好ましい方法を示す。続いて、ポリエチレン、ポリエステル、又は、類似の弾性の柔らかいポリマー・シート６１が表面６１に塗布され、かつ、フィルム層６１を均一に何らかの特定の高さ６３に押圧するために鋳型４２内に押圧され、かつ、続いて、ＵＶ又はＩＲによりステーション６４において最終的に硬化される。続いて、シート６１は除去され、かつ、その上に形成された経由孔を有するフィルムから分離されることが可能である。経由孔の形状は鋳型の突起５９の形状により決定される。
【００６８】
図１２Ａはポリマー６３で部分的に充填された鋳型４２及びポリマー・フィルムの柔らかい頂部層を貫通している鋳型の突起を示す図１２Ｂの側面図である。
【００６９】
図１２Ｂは硬化済み粉体塗装５９の底部から剥離されつつある鋳型部分６５及び硬化済み粉体塗装５９の頂部６１から剥離されつつある柔らかい頂部フィルムを持つ冷却後の図１２Ａの側面図である。結果として得られるポリマー・フィルム層は複製されたフィルム５９の恒久的な表面構造物として正確に形成された導通孔を示す。
【００７０】
図１２Ｃは、ポリマー層６６がポリマーを介して形成された精密導通孔６７を持つ鋳型から除去された図１２及び図１２Ａにおいて使用されている如くの鋳型４２の上部分解図である。
【００７１】
図１２Ｄは図１２Ｃに示された導通孔６７のさらなる分解図である。
【００７２】
図１３は両面微小構造化製品を組み立てる能力を実証した装置の側面図である。装置は連続押圧高速高圧処理装置の例である型番ＩＳＲ及びＨＰＬとしてドイツのＢｉｅｌｅｆｅｌｄ市のＨｙｍｍｅｎ  ＧｍｂＨにより販売されているものと類似の二重バンド成型機からなる。２つのベルト６２及び６５、並びに、個別のアプリケータ銃６３及び６０を組み込むことにより、粉体塗装されたポリマーは各ベルト上に電気堆積され、かつ、続いて、頂部と底部のベルト６７間に張り合わされたより厚い裏当てフィルム６６と結合され、各ベルト上に堆積された塗装を溶融する。同図において、最終製品はロール６９に巻き取られている両面微小構造化フィルム６８である。
【００７３】
このタイプの二重バンド成型機は、２．５４ｃｍ（０．２５インチ）ほどの厚さのポリマー基板を毎分１０から２０ｍ（３０から６０フィート）以上の高速で加熱し、かつ、続いて、冷却することができる。開示された二重バンド成型機などの装置は３５０℃（６６２°Ｆ）ほどに高い温度及び１００バール（１，４３０ｐｓｉ）ほどに高い圧力を処理することができる。ベルトの表面全体にわたる高温及び高圧の組み合わせは、この装置を、微小構造化及びナノ構造化ポリマー層を連続して組み立てるための手段として一意に適するものにしている。
【００７４】
図１４は、塗装される基板の表面上での高速衝撃を粉体が達成することを加速するために使用される、正電荷に帯電されたスクリーンからなる装置の側面図である。静電荷が減少されるために、粉体が１２５ミクロン（０．００５インチ）から１５０ミクロン（０．００６インチ）以上の厚さに堆積されるに従い、塗装の絶縁特性が、より厚く塗布される塗装の能力を低下させることが粉体塗装業界では知られている。初期の１２５ミクロン（０．００５インチ）から１５０ミクロン（０．００６インチ）が一旦塗布され、かつ、硬化されれば、追加の粉体は、より厚い層を構築するために加速システムの使用により塗布されることが可能となる。もし初期塗装が暖かく、このことが、その後の層が第１の層に固着するうえで役立てば、この技術は特に有用となり得る。
【００７５】
図１５は初期電気堆積粉体塗装層を覆って厚い層を塗布するために使用される機械式装置の側面図である。重力供給ホッパ又は同様のデバイス８０は第１の粉体塗装層８２の頂部を覆って粉体塗装８１を塗布する。計量ナイフ８３は制御された厚さ８４に粉体を塗布し、続いて、この粉体はＩＲ又はＵＶステーション８５により硬化される。双方の層とも一緒に溶融され、かつ、その後、鋳型８６から除去される。
【００７６】
このタイプの粉体塗装デバイスは、一旦初期層が微小構造体を覆い、かつ、硬化されれば、ポリマーの厚い層を塗布するために使用される。今や光学的精度で第１の電気堆積層が微小構造体又はナノ構造体を複製したため、標準的な粉体塗装技術を使用して通常作成されるものよりも大きな厚さ達成するために、塗装の残り部分は巨視的断面に塗布可能であり、かつ、第１層に融合される。この手段により、工程は所望であれば数ミリの厚さを達成することができる。
【００７７】
図１６は同じく初期電気堆積粉体塗装層を覆って厚い層を塗布するために使用される代案機械式装置の側面図である。この場合、粉体塗装は、第１の粉体塗装層８２の頂部を覆って粉体塗装８１を塗布するホッパ８０により再び塗布される。続いて、制御された厚さの粉体８４を塗布するために計量ロール８３が使用され、続いて、粉体８４はＩＲ又はＵＶステーション８５により硬化される。
【００７８】
本発明が好ましい実施例と共に説明された一方、当業者には、本発明の他の目的及び改良が、本発明の視野及び範囲内で本発明に行なうことができることが明らかであろう。
【００７９】
本発明は、その様々な態様及び開示された形態において、述べられた目的及び長所などの達成に対して十分に適合されている。開示された詳細は、これらの詳細を従属の特許請求の範囲に含むことができる場合を除き、本発明に対する限定としては理解されない。独占的な特性又は恩恵が請求されている本発明の具体化は以下の如くである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】塗布され、かつ、硬化され、フィルム表面に正確に複製されたマスター・パターンを有するフィルムを供給する熱可塑性粉体化ポリマーを持つマスター・パターンの概略縁面図である。
【図１Ａ】塗布され、かつ、硬化され、表面上に正確に複製されたマスター・パターン（又は、鋳型）を有するフィルムを供給する熱硬化性ＵＶ硬化粉体化ポリマーを持つマスター・パターンの概略縁面図である。
【図２】複製された精密微小構造体を表面上に持つマスター・パターンから除去されつつある硬化済み熱可塑性ポリマー・フィルムの縁面図である。
【図２Ａ】複製された精密微小構造体を表面上に持つマスター・パターンから除去されつつあるＵＶ硬化済み熱硬化性ポリマー・フィルムの図２と同様の図である。
【図３】連続鋳型として使用される薄い柔軟ベルトを作成するために組み立て済みの複製されたポリマー・フィルムの各区間の斜視図である。
【図４】ローラにより駆動されている柔軟ベルトとして使用される組立て済み鋳型区間の側面図である。
【図５】鋳型として使用される長尺の複製されたポリマー層を作成するための装置の概略図である。
【図６】長尺のポリマー製鋳型を作成するために使用されている従来技術の１つの形態の該略図である。
【図７】多層連続微小構造化製品を作成するための装置の該略図である。
【図７Ｂ】連続微小構造化製品を作成するための代案装置の該略図である。
【図８】微小構造化フィルムの薄い層を盛り上がった基板に張り合わせるための装置の概略図である。
【図８Ａ】微小構造化フィルムの薄い層を柔軟な基板に張り合わせるための装置の概略図である。
【図９】多数のポリマー層からなる連続微小構造化製品を作成するための装置の該略図である。
【図１０】図９における様々な層の拡大図である。
【図１１】一緒に溶融された図９からの硬化済み層の拡大図である。
【図１２】精密導通孔又は経由孔を持つ連続微小構造化製品を作成するための装置の該略図である。
【図１２Ａ】精密導通孔を形成する複合層の分解図である。
【図１２Ｂ】剥離されつつあり、精密導通孔を持つ組立て済みポリマー・フィルムを明らかにしつつある底部鋳型層及び頂部ポリマー層の平面図である。
【図１２Ｃ】図１２における装置により形成された如くの導通孔を持つフィルムの上面図である。
【図１２Ｄ】図Ｃにおける個別の導通孔の拡大図である。
【図１３】両面微小構造化製品を組み立てるための装置の斜視図である。
【図１４】初期電気堆積層を覆って粉体塗装の追加層を塗布するための装置の端面図である。
【図１５】初期電気堆積層の後に粉体塗装の厚い層を塗布するための装置の斜視図である。
【図１６】初期電気堆積層の後に粉体塗装の厚い層を塗布するための別の装置の斜視図である。
【図１】
2007530306.tif 000003
【図２】
2007530306.tif 000004
【図３】
2007530306.tif 000005
【図４】
2007530306.tif 000006
【図５】
2007530306.tif 000007
【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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2007530306.tif 000015
【図１３】
2007530306.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
2007530306.tif 000020