(57)【要約】【課題】有機溶媒と接触しても、クラックが生じ難い、微細形状を有する成形品の製造方法を提供する。【解決手段】成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂を可塑化用流体で可塑化して微細形状を転写した、微細形状転写成形品を準備する準備工程と、前記微細形状転写成形品を熱処理する熱処理工程と、を有する。前記熱処理工程における熱処理時間ｙ（時間）および熱処理温度ｘ（℃）が、下記式（１）を満たす。  ｙ≧６Ｅ＋０９ｅ−０．４２７ｘ    （１）  （ただし、熱処理温度ｘ（℃）は、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度−６４℃以上、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下である）【選択図】図２
2019018535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を可塑化用流体で可塑化して微細形状を転写した、微細形状転写成形品を準備する準備工程と、
前記微細形状転写成形品を熱処理する熱処理工程と、
を有し、
前記熱処理工程における熱処理時間ｙ（時間）および熱処理温度ｘ（℃）が、下記式（１）を満たす、
成形品の製造方法。
ｙ≧６Ｅ＋０９ｅ−０．４２７ｘ    （１）
（ただし、熱処理温度ｘ（℃）は、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度−６４℃以上、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下である）
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂が、アクリル樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂である、
請求項１に記載の成形品の製造方法。
【請求項３】
前記準備工程が、熱可塑性樹脂を可塑化用流体で可塑化する工程と、可塑化された前記熱可塑性樹脂の表面に金型を押し当て、微細形状を転写する工程と、
を含む、請求項１または２に記載の成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に微細形状が転写された、成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂に形状を転写する方法として、射出成形法が一般的に知られている。射出成形法では、軟化温度以上に加熱した樹脂を所望の金型内に射出し、固化させることで、金型の形状を転写する。
【０００３】
近年、電子製品の小型化等に伴い、微細な形状を有する光学部品等が求められている。しかしながら、射出成形法では、金型に設けられた微細な凹部内に樹脂を入り込ませることが難しく、微細な形状が十分に転写され難い、との課題があった。
【０００４】
これに対し、樹脂の表面を、例えば液体の二酸化炭素または超臨界状態の二酸化炭素等で可塑化した後、当該樹脂の表面に、微細形状を有する金型を押圧し、微細形状を転写する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１８８９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法によれば、熱可塑性樹脂が金型の形状に追従しやすく、十分に微細な形状を有する光学部品等が得られるとの利点がある。ここで、このような方法で作製された成形品（本明細書では「微細形状転写成形品」とも称する）は、これをさらに加工する際、もしくは当該微細形状転写成形品を含む製品を使用する際に、アルコール等の有機溶媒と接触することがある。例えば、表面に付着した汚れを除去するために、有機溶媒に浸漬したり、有機溶媒を含ませた布で拭いたりすることがある。そして、本発明者らは、微細形状転写成形品が有機溶媒と接触すると、当該微細形状を転写した領域にクラックが生じることを見出した。
【０００７】
例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）板の表面を、液体状の二酸化炭素（可塑化用流体）で可塑化させた後、金型を押し当てて微細形状を転写した。図１Ａは、当該微細形状転写成形品の部分拡大写真であり、表面にクラック等が生じていないことが明らかである。一方、図１Ｂは、当該微細形状転写成形品にエタノールを付着させた後の部分拡大写真である。図１Ｂに示されるように、微細形状転写成形品にエタノールが付着すると、微細形状を転写した領域やその周辺の領域に細かいクラックが生じた。
【０００８】
一方、金型を押し当てなかった以外は上記と同様にＰＭＭＡ板の表面を液体状の二酸化炭素で可塑化させた。図１Ｃは、当該ＰＭＭＡ板にエタノールを付着させた後の部分拡大写真である。図１Ｃに示されるように、熱可塑性樹脂と可塑化用流体とを接触させた領域では、成形しなくても、エタノールの付着によってクラックが生じた。
【０００９】
さらに、液体状の二酸化炭素で可塑化させることなく、熱可塑性樹脂に金型を押し当てて成形品を作製した。図１Ｄは、当該成形品にエタノールを付着させた後の部分拡大写真である。図１Ｄに示されるように、熱可塑性樹脂に金型を押し当てて成形しただけでは、エタノールが付着してもクラックは生じなかった。
【００１０】
以上のことから、微細形状転写成形品が有機溶媒と接触した際に生じるクラックは、熱可塑性樹脂と可塑化用流体との接触に起因するといえる。このような課題に対し、本発明は、有機溶媒と接触してもクラックが生じ難い、微細形状を有する成形品の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る成形品の製造方法は、熱可塑性樹脂を可塑化用流体で可塑化して微細形状を転写した、微細形状転写成形品を準備する準備工程と、前記微細形状転写成形品を熱処理する熱処理工程と、を有し、前記熱処理工程における熱処理時間ｙ（時間）および熱処理温度ｘ（℃）が、下記式（１）を満たす。
ｙ≧６Ｅ＋０９ｅ−０．４２７ｘ    （１）
（ただし、熱処理温度ｘ（℃）は、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度−６４℃以上、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下である）
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法によれば、有機溶媒と接触してもクラックが生じ難い、微細な形状を有する成形品が得られる。当該成形品は、各種光学部品や各種電子部品として、信頼性が高く、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａ〜Ｄは、有機溶媒の付着によって、微細形状転写成形品にクラックが生じることを説明するための部分拡大写真である。
【図２】図２Ａ〜Ｄは、本発明の一実施の形態に係る微細形状転写成形品の作製方法を示す概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の熱処理工程における熱処理温度ｘ（℃）と、熱処理時間ｙ（時間）と、クラックの発生の有無との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前述のように、熱可塑性樹脂を可塑化用流体で可塑化して微細形状を転写した微細形状転写成形品は、有機溶媒に接触するとクラックが生じることが、本発明者らによって見出された。そして、本発明者らの鋭意検討により、このような微細形状転写成形品を、所定の温度で、所定時間以上熱処理することで、有機溶媒が付着しても、クラックが生じなくなることも見出された。
【００１５】
そこで、本発明の成形品の製造方法では、微細形状転写成形品を準備する準備工程と、微細形状転写成形品を所定の条件で熱処理する熱処理工程と、を行う。以下、本発明の成形品の製造方法の一実施の形態を説明するが、本発明は当該実施の形態に限定されない。
【００１６】
（準備工程）
本実施の形態における準備工程は、熱可塑性樹脂を可塑化用流体で可塑化する工程と、可塑化された熱可塑性樹脂の表面に金型を押し当て、微細形状を転写する工程とを含む。以下、図２を参照してより詳しく説明する。
【００１７】
まず、微細形状を転写するための熱可塑性樹脂１を準備する。熱可塑性樹脂の種類は、可塑化用流体を含浸させることにより、可塑化可能な樹脂であれば特に制限されず、例えば、アクリル樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）等とすることができる。これらの中でも特に、アクリル樹脂またはＡＢＳ樹脂である場合に、微細形状転写成形品にクラックが生じやすい。したがって、熱可塑性樹脂１がアクリル樹脂またはＡＢＳ樹脂である場合に、本実施の形態の効果が得られやすい。なお、微細形状を転写する前の熱可塑性樹脂１の形状は特に制限されず、本実施の形態では平板状であるが、各種形状に成形されていてもよい。
【００１８】
そして、熱可塑性樹脂１を、微細形状転写装置１０の支持部１１上に固定する（図２Ａ）。その後、微細形状転写装置１０の圧力容器１２を、その開口部が熱可塑性樹脂１と面するように配置し、微細形状転写装置１０の圧力容器１２と支持部１１との間に熱可塑性樹脂１を挟み込む（図２Ｂ）。
【００１９】
そして、微細形状転写装置１０の圧力容器１２に接続された流体供給装置（図示せず）から、圧力容器１２内に、気体状の二酸化炭素を供給する。なお、圧力容器１２内には、液体状や超臨界状態の二酸化炭素を供給、すなわち直接可塑化用流体を供給してもよいが、本実施の形態では、可塑化用流体の前駆体である気体状の二酸化炭素を圧力容器１２内に充填し、当該気体を圧縮することで、可塑化用流体（液体状の二酸化炭素）とする。液体状や超臨界状体の二酸化炭素より気体状の二酸化炭素のほうが、取扱いやすいとの利点がある。
【００２０】
そして、圧力容器１２の熱可塑性樹脂１と対向する面を熱可塑性樹脂１側に押し下げる（図２Ｃ）。これにより、気体状の二酸化炭素が液体状となり、熱可塑性樹脂１が液体状の二酸化炭素で含浸される。一方、本実施の形態では、圧力容器１２の熱可塑性樹脂１と対向する面に、金型１３が配置されている。したがって、圧力容器１２の熱可塑性樹脂１と対向する面を十分に押し下げることで、熱可塑性樹脂１に金型１３を押しつけることができ、熱可塑性樹脂１表面に、微細形状を転写することもできる（図２Ｃ）。
【００２１】
その後、圧力容器１２に設けられた排出口（図示せず）等から可塑化用流体を除去し、微細形状転写装置１０（圧力容器１２および支持部１１）から熱可塑性樹脂１を取り外す。これにより、表面に微細形状が転写された微細形状転写成形品１’が得られる。
【００２２】
（熱処理工程）
本実施の形態における熱処理工程では、上記準備工程で準備した微細形状転写成形品に対して、熱処理を行う。熱処理工程を行うタイミングは特に制限されず、微細形状転写成形品の作製直後に行ってもよく、微細形状転写成形品の作製から十分に時間が経過した後に行ってもよい。いずれにおいても、微細形状転写成形品に有機溶媒が付着した際のクラックの発生を抑制することが可能である。
【００２３】
ここで、微細形状転写成形品の熱処理を行う際の熱処理時間ｙ（時間）は、熱処理温度ｘ（℃）に応じて決定される。具体的には、以下の式（１）を満たすように設定される。
ｙ≧６Ｅ＋０９ｅ−０．４２７ｘ    （１）
ただし、熱処理温度ｘ（℃）は、微細形状転写成形品を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度−６４℃以上、当該熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下とする。
【００２４】
熱処理温度ｘ（℃）が熱可塑性樹脂のガラス転移温度より高くなると、微細形状転写成形品が変形しやすくなり、得られる成形品の寸法精度が低下しやすくなる。一方、熱処理温度ｘ（℃）が、熱可塑性樹脂のガラス転移温度−６４℃未満となると、長時間熱処理を行っても、上述のクラック抑制効果が殆ど見られなくなる。
【００２５】
なお、本明細書において、熱処理温度ｘ（℃）とは、微細形状転写成形品の微細形状が転写された表面の温度とする。また、熱処理時間ｙ（時間）とは、微細形状転写成形品の微細形状が転写された表面の温度が、上記熱処理温度ｘ（℃）に達してから当該熱処理温度ｘ（℃）未満となるまでの時間とする。
【００２６】
ここで、熱処理時間ｙ（時間）は、上述の式（１）で表される時間（６Ｅ＋０９ｅ−０．４２７ｘ）以上の時間であればよいが、より確実にクラックを抑制するとの観点から、熱処理時間ｙ（時間）の下限値は、（６Ｅ＋０９ｅ−０．４２７ｘ）の１．５倍であることが好ましく、２倍であることがさらに好ましい。
【００２７】
ここで、上記熱処理を行う際、微細形状転写成形品表面の温度を、熱処理温度ｘ（℃）まで昇温させる速度や、上記熱処理後、微細形状転写成形品の温度を室温まで降温させる速度は特に制限されない。
【００２８】
また、熱処理工程を行う装置は、所定の温度で所定時間保持可能な装置であれば特に制限されず、例えば、公知のオーブン等を用いることができる。
【００２９】
（その他）
本実施の形態の成形品の製造方法は、必要に応じて、上記準備工程および熱処理工程以外の工程を含んでいてもよい。例えば、熱処理工程後に、成形品の表面を洗浄する工程、すなわち、成形品を有機溶媒に浸漬したり、有機溶媒を含浸させた布等で拭いたりする工程等を含んでいてもよい。またさらに、成形品を変形させたり、成形品を他の部材と組み合わせたりする加工工程等を含んでいてもよい。
【００３０】
なお、上述の説明では、準備工程において、微細形状転写成形品を微細形状転写装置で作製したが、微細形状転写成形品の準備方法は当該方法に制限されず、例えば、市販の微細形状転写成形品を準備してもよい。
【００３１】
微細形状転写成型品を、可塑化用流体で可塑化して微細形状を転写する方法で作製したかどうかは、微細形状が転写された部分の断面を観察することで判断できる。より具体的には、熱可塑性樹脂を可塑化用流体で可塑化して微細形状を転写すると、転写された部分の樹脂中に可塑化用流体が溶け込んだ状態となるため、微細形状転写成型品を加熱（例えば、７０℃で４時間加熱）することで、可塑化用流体に起因する気泡が観測できるようになる。この気泡が観測された場合、可塑化用流体で可塑化して微細形状を転写する方法で作製した微細形状転写成型品であると判断できる。
【００３２】
（効果）
前述のように、成形時に可塑化用流体が含浸された微細形状転写成形品は、有機溶媒（例えばエタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール、アセトン等）が付着すると、クラックが生じやすい。光学部品等では、クラックが生じると、光学性能に影響を及ぼすため好ましくない。また、各種電子部品等においても、クラックが生じると、強度が低下したり、見た目が悪くなる等の影響がある。これに対し、本実施の形態の成形品の製造方法によれば、所定の温度で所定の時間、熱処理を行う熱処理工程を行うため、有機溶媒が付着してもクラックが生じ難い成形品が得られる。これにより、成形品の加工や洗浄に使用可能な有機溶媒の幅が広がる。さらには当該成形品を含む製品の使用時に有機溶媒が付着したとしてもクラックが生じ難く、製品の信頼性が高まる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されない。
【００３４】
１．実施例および比較例（ＰＭＭＡ板）
ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）板（厚み：２００ｍｍ、ガラス転移温度：１０９℃）を準備した。そして、図２に示すように、当該ＰＭＭＡ板を、微細形状転写装置１０の支持部１１と、圧力容器１２との間に挟み、固定した（図２Ｂ）。そして、圧力容器１２内に、気体の二酸化炭素を導入し、圧力容器１２に設けられたピストンを下げた。これにより、圧力容器１２内の二酸化炭素を液状化させると共に、金型１３を熱可塑性樹脂１に押し当て（図２Ｃ）、微細形状が転写された微細形状転写成形品１’を得た（図２Ｄ）。
【００３５】
得られた微細形状転写成形品１’に対して、それぞれ表１に示す熱処理温度ｘ（℃）および熱処理時間ｙ（時間）で熱処理工程を行った。その後、微細形状転写成形品１’の表面にエタノールを付着させ、クラックが生じたか否かを、目視で観察した。結果を表１に示す。なお、表１において、熱処理工程における熱処理時間ｙ（時間）および熱処理温度ｘ（℃）が、下記式（１）を満たす場合を実施例、下記式（１）を満たさない場合を比較例と記載している。
ｙ≧６Ｅ＋０９ｅ−０．４２７ｘ    （１）
また、熱処理時間ｙ（時間）および熱処理温度ｘ（℃）が、上記式（１）を満たしたとしても、熱処理温度ｘが、ＰＭＭＡ板のガラス転移温度−６４℃未満、もしくはＰＭＭＡ板のガラス転移温度超である場合には、比較例とした。
【００３６】
さらに表１において、エタノール付着後にクラックが生じた場合には×、クラックが生じなかった場合には〇と記載した。併せて熱処理工程における熱処理温度ｘ（℃）および熱処理時間ｙ（時間）と、クラックの有無との関係を示すグラフを図３に示す。
【００３７】
【表１】
2019018535.tif 000003
【００３８】
上記表１および図３に示されるように、熱処理工程における熱処理温度ｘおよび熱処理時間ｙが上記式（１）を満たし、さらに熱処理温度ｘが、ＰＭＭＡ板のガラス転移温度−６４℃以上かつＰＭＭＡ板のガラス転移温度以下である場合（実施例）には、微細形状転写成形品１’に有機溶媒が付着しても、クラックが生じなかった。これに対し、熱処理工程における熱処理温度ｘおよび時間ｙが上記式（１）を満たさない、もしくは熱処理温度ｘがＰＭＭＡ板のガラス転移温度−６４℃未満である場合、長時間熱処理したとしても、有機溶媒の付着によってクラックが生じた。
【００３９】
２．実施例および比較例（ＡＢＳ板）
上述のＰＭＭＡ板に関する実施例および比較例と同様に、ＡＢＳ板（厚み：２００ｍｍ、ガラス転移温度：１１６℃）の表面を、液体状の二酸化炭素で可塑化させた。そして、当該表面に金型を押し当て、微細形状転写成形品を得た。
【００４０】
その後、表２に示す熱処理温度ｘ（℃）および熱処理時間ｙ（時間）、熱処理工程を行った。その後、微細形状転写成形品の表面にエタノールを付着させた。このとき、二酸化炭素で可塑化させた領域に、クラックが生じたか否かを、目視で観察した。結果を表２に示す。なお、表２において、熱処理工程における熱処理時間ｙ（時間）および熱処理温度ｘ（℃）が、下記式（１）を満たす場合を実施例、下記式（１）を満たさない場合を比較例とした。
ｙ≧６Ｅ＋０９ｅ−０．４２７ｘ    （１）
また、熱処理時間ｙ（時間）および熱処理温度ｘ（℃）が、上記式（１）を満たしたとしても、熱処理温度ｘが、ＡＢＳ板のガラス転移温度−６４℃未満、もしくはＡＢＳ板のガラス転移温度超である場合にも、比較例とした。
【００４１】
【表２】
2019018535.tif 000004
【００４２】
上記表２に示されるように、熱処理工程における熱処理温度ｘおよび時間ｙが、上記式（１）を満たし、熱処理温度ｘが、ＡＢＳ板のガラス転移温度−６４℃以上かつＡＢＳ板のガラス転移温度以下である場合（実施例）には、微細形状転写成形品に有機溶媒が付着しても、クラックが生じなかった。これに対し、熱処理工程における熱処理温度ｘおよび熱処理時間ｙが上記式（１）を満たさない場合、もしくは熱処理温度ｘがＡＢＳ板のガラス転移温度−６４℃未満である場合には、長時間加熱したとしても、有機溶媒の付着によってクラックが生じた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の方法によれば、有機溶媒と接触しても、クラックが生じ難い、微細形状を有する成形品が得られる。したがって、各種光学部品や、電子部品等、各種成形品の製造方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  熱可塑性樹脂
１’  微細形状転写成形品
１０  微細形状転写装置
１１  支持部
１２  圧力容器
１３  金型
【図１】
2019018535.tif 000005
【図２】
2019018535.tif 000006
【図３】
2019018535.tif 000007