(57)【要約】【課題】加工の自由度の高い新たな加工技術を含む熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供する。また、内部で屈曲または湾曲した孔を有する熱可塑性樹脂成形体を提供する。また、このような熱可塑性樹脂成形体を有する光導波路を提供する。【解決手段】光吸収材２００に光Ｌを照射して光吸収材２００を加熱し、加熱された光吸収材２００で予備成形体１Ａを溶融または分解しながら光吸収材２００を予備成形体１Ａの内部で移動させ、予備成形体１Ａに孔１０ａを形成する工程を有する熱可塑性樹脂成形体の製造方法。【選択図】図３
2015045693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収材に光を照射して前記光吸収材を加熱し、加熱された前記光吸収材で予備成形体を溶融または分解しながら前記光吸収材を前記予備成形体の内部で移動させ、前記予備成形体に空隙を形成する工程を有する熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記予備成形体が、前記光に対して透過性を有する請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記空隙を形成する工程では、前記光吸収材が受ける重力により前記光吸収材を重力方向に移動させる請求項１または２に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
前記空隙を形成する工程では、前記予備成形体の姿勢を変化させて前記光吸収材を移動させる方向を変化させる請求項３に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
前記空隙を形成する工程では、前記光の強度を変化させて前記光吸収材の移動速度を制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
前記空隙を形成する工程の後に、前記空隙が形成された前記予備成形体を熱処理する工程をさらに有する請求項１から５のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項７】
前記光が、レーザー光である請求項１から６のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項８】
前記光吸収材の形成材料が、金属材料またはセラミックスである請求項１から７のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項９】
前記空隙を形成する工程の後に、前記予備成形体よりも高い屈折率を有する材料で前記空隙を充填する工程をさらに有する請求項１から８のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法で得られる熱可塑性樹脂成形体を有する光導波路。
【請求項１１】
空隙が設けられた本体部を有する熱可塑性樹脂成形体であって、
前記空隙の形成方向が、前記本体部の内部で屈曲または湾曲している熱可塑性樹脂成形体。
【請求項１２】
前記熱可塑性樹脂成形体の形成材料が、アクリル樹脂である請求項１１に記載の熱可塑性樹脂成形体。
【請求項１３】
前記本体部は光透過性を有し、
前記空隙の内部が、前記本体部よりも高い屈折率を有する材料で充填されている請求項１１または１２に記載の熱可塑性樹脂成形体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の熱可塑性樹脂成形体を有する光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂成形体の製造方法、熱可塑性樹脂成形体および光導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料への穴あけ加工方法として、ドリルを用いた機械加工や、被加工物に吸収されやすいレーザー光を用いたレーザー加工が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】比田井，「ＵＶレーザによる高アスペクト比小径穴あけ加工（第１報）」，精密工学会誌，２０１０年，７６巻，１０号，ｐ．１１６１−１１６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記方法では、孔（空隙）の形成方向が被加工物の表面から直線的な方向に限られる。そのため、被加工物の内部で屈曲または湾曲した孔を形成することはできない。
【０００５】
樹脂成形体の内部に屈曲または湾曲した孔を形成可能となると、成形体の使用用途が広がる。そのため、内部で屈曲または湾曲した孔を含め、所望の形状の穴を容易に形成可能な、加工の自由度の高い新たな加工技術を含む熱可塑性樹脂成形体の製造方法が求められていた。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、加工の自由度の高い新たな加工技術を含む熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することを目的とする。また、内部で屈曲または湾曲した孔を有する熱可塑性樹脂成形体を提供することをあわせて目的とする。また、このような熱可塑性樹脂成形体を有する光導波路を提供することをあわせて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、光吸収材に光を照射して前記光吸収材を加熱し、加熱された前記光吸収材で予備成形体を溶融または分解しながら前記光吸収材を前記予備成形体の内部で移動させ、前記予備成形体に空隙を形成する工程を有する熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の一態様においては、前記予備成形体が、前記光に対して透過性を有する製造方法としてもよい。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記空隙を形成する工程では、前記光吸収材が受ける重力により前記光吸収材を重力方向に移動させる製造方法としてもよい。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記空隙を形成する工程では、前記予備成形体の姿勢を変化させて前記光吸収材を移動させる方向を変化させる製造方法としてもよい。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記空隙を形成する工程では、前記光の強度を変化させて前記光吸収材の移動速度を制御する製造方法としてもよい。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記空隙を形成する工程の後に、前記空隙が形成された前記予備成形体を熱処理する工程をさらに有する製造方法としてもよい。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記光が、レーザー光である製造方法としてもよい。
【００１４】
本発明の一態様においては、前記光吸収材の形成材料が、金属材料またはセラミックスである製造方法としてもよい。
【００１５】
本発明の一態様においては、前記空隙を形成する工程の後に、前記予備成形体よりも高い屈折率を有する材料で前記空隙を充填する工程をさらに有する請求項１から８のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【００１６】
また、本発明の一態様は、上述の熱可塑性樹脂成形体の製造方法で得られる熱可塑性樹脂成形体を有する光導波路を提供する。
【００１７】
また、本発明の一態様は、空隙が設けられた本体部を有する熱可塑性樹脂成形体であって、前記空隙の形成方向が、前記本体部の内部で屈曲または湾曲している熱可塑性樹脂成形体を提供する。
【００１８】
本発明の一態様においては、前記熱可塑性樹脂成形体の形成材料が、アクリル樹脂である熱可塑性樹脂成形体としてもよい。
【００１９】
本発明の一態様においては、前記本体部は光透過性を有し、前記空隙の内部が、前記本体部よりも高い屈折率を有する材料で充填されている熱可塑性樹脂成形体としてもよい。
【００２０】
また、本発明の一態様は、上述の熱可塑性樹脂成形体を有する光導波路を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、加工の自由度の高い新たな加工技術を含む熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することができる。また、内部で屈曲または湾曲した空隙を有する熱可塑性樹脂成形体を提供することができる。また、このような熱可塑性樹脂成形体を有する光導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態の熱可塑性樹脂成形体の説明図である。
【図２】熱可塑性樹脂成形体の製造方法を実施するための製造装置を示す図である。
【図３】第１実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示す工程図である。
【図４】第２実施形態の熱可塑性樹脂成形体の説明図である。
【図５】第２実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示す工程図である。
【図６】第３実施形態の熱可塑性樹脂成形体の説明図である。
【図７】第３実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示す工程図である。
【図８】第４実施形態の熱可塑性樹脂成形体の説明図である。
【図９】第４実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示す工程図である。
【図１０】第５実施形態の熱可塑性樹脂成形体の説明図である。
【図１１】第５実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造工程を示す工程図である。
【図１２】実施例で製造した熱可塑性樹脂成形体における貫通孔の断面写真である。
【図１３】各貫通孔の上面側および底面側の開口部を示す写真である。
【図１４】レーザー出力２．２Ｗの条件における貫通孔の内壁面の写真である。
【図１５】製造した熱可塑性樹脂成形体における貫通孔の断面写真である。
【図１６】製造した熱可塑性樹脂成形体における貫通孔の断面写真である。
【図１７】製造した熱可塑性樹脂成形体における貫通孔の断面写真である。
【図１８】製造した熱可塑性樹脂成形体における貫通孔の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、図を参照しながら、本発明実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法および熱可塑性樹脂成形体について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００２４】
本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、光吸収材に光を照射して前記光吸収材を加熱し、加熱された前記光吸収材で予備成形体を溶融または分解しながら前記光吸収材を前記予備成形体の内部で移動させ、前記予備成形体に空隙を形成する工程を有する。
【００２５】
また、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体は、空隙が設けられた本体部を有する熱可塑性樹脂成形体であって、前記空隙の形成方向が、前記本体部の内部で屈曲または湾曲しているものである。
以下、順に説明する。
【００２６】
（熱可塑性樹脂成形体の製造方法）
図１は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法で製造される熱可塑性樹脂成形体１の説明図である。以下の説明では、熱可塑性樹脂成形体を単に「成形体」と略することがある。図１（ａ）は成形体１の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の線分Ｉｂ−Ｉｂにおける矢視断面図である。
【００２７】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、成形体１は上面１ａから底面１ｃに貫通する貫通孔１０（空隙）を有している。
【００２８】
成形体１の形成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＭＳ樹脂（メチルメタクリレート・スチレン共重合体）、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、６−ナイロン、６，６−ナイロン等のポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンを挙げることができる。成形体１の形成材料としては、これら各樹脂の変性体や、各樹脂の混合物（ポリマーアロイ）を用いてもよい。
成形体１の形成材料としては、光に対する透過性に優れることから、ＭＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネートが好ましく、成形体１の溶融または分解が容易であることから、アクリル樹脂がより好ましい。
【００２９】
ここで、本明細書において「アクリル樹脂」とは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）や、メチルメタクリレートと公知のアクリレートやメタクリレートとの共重合体のことを指す。
【００３０】
成形体１は、詳しくは後述するが、成形体１と同じ形成材料で形成され、且つ貫通孔１０が形成される前の予備成形体（図３参照）を局所的に加熱し、予備成形体を溶融または分解させることで貫通孔１０を形成することで得られる。そのため、成形体１の貫通孔１０の内壁面近傍と成形体１の内部とを比べると、貫通孔１０の内壁面近傍においては、形成材料の分子量低下や分解生成物の増加が観察されることがある。または、成形体１では、貫通孔１０の内壁面近傍において形成材料の配向方向の乱れや結晶化度の変化など、ミクロ構造の変化が観察されることがある。
【００３１】
図２は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を実施するための製造装置１００を示す説明図である。
【００３２】
製造装置１００は、光照射部１１０と、予備成形体１Ａを保持する保持部１２０と、光吸収材２００と、を有している。保持部１２０で保持される予備成形体１Ａには、光吸収材２００が載置される。光照射部１１０から射出された光Ｌは、光吸収材２００に照射され、光吸収材２００を加熱する。製造装置１００では、加熱された光吸収材２００により、予備成形体１Ａを加工する。
【００３３】
予備成形体１Ａは、上述した成形体１の形成材料と同じ形成材料で形成されており、本実施形態の製造方法で加工されることで、成形体１となるものである。予備成形体１Ａは、光Ｌに対して光透過性を有している。本実施形態においては、予備成形体１Ａの形成材料として、アクリル樹脂を用いることとし、光Ｌを吸収する意図的な着色を施していないものとする。
【００３４】
光吸収材２００は、光Ｌに含まれる少なくとも一部の光を吸収し発熱する材料で形成されている。光吸収材２００の形成材料としては、例えば、金属材料、セラミックスを挙げることができる。光吸収材２００の形成材料としては、光Ｌを吸収しやすく効率的に加熱できることから、鉄、鋼、シリコンが好ましく、比重が高く重力により空隙の形成を効率的に行うことができることから、鉄、鋼がより好ましい。
【００３５】
また、光吸収材２００は、溶融した予備成形体１Ａの中の移動が容易で、予備成形体１Ａの分解ガスの放出を行いやすく、空隙の形成を効率的に行うことができることから、球状であることが好ましく、直径０．１ｍｍ〜１００ｍｍの球状であることがより好ましく、直径０．５ｍｍ〜１０ｍｍの球状であることが更に好ましい。本実施形態においては、光吸収材２００として、直径１ｍｍの鋼球を用いることとする。
【００３６】
光照射部１１０は、光Ｌを照射する光源１１１と、光Ｌを光吸収材２００に導く導光部１１２と、を有している。
【００３７】
光源１１１が射出する光Ｌは、光吸収材２００に照射され、光吸収材２００を加熱するために用いられる。光Ｌは、光吸収材２００を加熱することができれば単一波長の光、特定の波長の光を含む波長帯域を有する光、のいずれも用いることができる。光吸収材２００を効率的に加熱できることから、光Ｌは単一波長であることが好ましく、１００ｎｍ〜８００ｎｍの中の単一波長であることがより好ましい。本実施形態においては、光源１１１は、光Ｌとして５３２ｎｍの緑色レーザー光を射出するレーザー光源であることとする。
【００３８】
導光部１１２は、ミラー１１３と、ミラー１１３を介した光Ｌが入射するエキスパンダー１１４と、エキスパンダー１１４を介した光Ｌが入射するレンズ１１５と、を有している。
【００３９】
ミラー１１３は、光源１１１が射出する光Ｌを反射し、光Ｌの進行方向を任意の方向に変化させる。
【００４０】
エキスパンダー１１４は、入射された平行光を、ビーム径が拡大された平行光として射出する機能を有している。エキスパンダー１１４は、ガリレオ式やケプラー式など通常知られた構成のものを用いることができる。エキスパンダー１１４に入射した光Ｌは、ビーム径が拡大され、レンズ１１５に向けて射出される。ビーム径やビームのエネルギー密度が所望の範囲であれば、エキスパンダー１１４を省略することもできる。
【００４１】
レンズ１１５は、エキスパンダー１１４を介した光Ｌを光吸収材２００に向けて集光する機能を有する。レンズ１１５としては、例えば平凸レンズや両凸レンズが用いられる。
【００４２】
光照射部１１０は、１つのみ用いることとしてもよく、複数併用することとしてもよい。光照射部１１０を複数用いる場合には、光吸収材２００に対して同時に光Ｌを照射することとしてもよく、別々に光Ｌを照射することとしてもよい。
【００４３】
保持部１２０は、ｘｙステージ１２１と、ｘｙステージ１２１上に設けられたｚステージ１２２と、ｚステージ１２２に設けられた角度調整部１２３と、を有している。角度調整部１２３には、予備成形体１Ａが保持されている。
【００４４】
ｘｙステージ１２１およびｚステージ１２２は、通常知られたものを用いることができる。ｘｙステージ１２１およびｚステージ１２２により、予備成形体１Ａの空間位置を適宜制御することができる。ｘｙステージ１２１およびｚステージ１２２における平行移動方向をそれぞれ、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向と称する。すなわち、ｘ軸ｙ軸はｘｙステージ１２１が平行移動する平面上に設定された互いに直交する軸であり、ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に直交する軸である。
【００４５】
角度調整部１２３は、回転部１２３ａと、ｘ軸方向に延在する軸部１２３ｂとを有している。回転部１２３ａは、軸部１２３ｂを軸部１２３ｂ回り（ｘ軸回り）に回転自在に保持している。図中、軸部１２３ｂの回転方向は符号Ａで示している。軸部１２３ｂには、予備成形体１Ａが保持されている。これにより、予備成形体１Ａの姿勢を変化させることができる。
【００４６】
なお、角度調整部１２３は、ｙ軸回りやｚ軸回りに回転可能な構成を有していてもよい。また、角度調整部１２３による角度調整軸は、ｘ軸ｙ軸ｚ軸と同じ軸である必要はなく、互いに直交する３軸に対して回転可能な構成であってもよい。
【００４７】
図３は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示す工程図である。本工程図においては、製造装置として図２に示した製造装置１００を用いるものとする。
【００４８】
図３（ａ）に示すように、まず予備成形体１Ａの上面１ａに光吸収材２００を載置し、光吸収材２００に対し光Ｌを照射する。光吸収材２００は、光Ｌを吸収し徐々に発熱する。光Ｌは、予備成形体１Ａの底面１ｃを介し、ｚ軸方向下方から＋ｚ軸方向に向けて照射されている。
【００４９】
なお、図３（ａ）において光Ｌを照射すると、光吸収材２００が振動することがある。この振動は、光Ｌの強度を低減することで抑制可能であると考えられる。
【００５０】
また、予備成形体１Ａの上面１ａにおいて、載置した光吸収材２００が位置ズレしないように、予め上面１ａの所定位置に光吸収材２００を留めるための凹部を形成しておいてもよい。
【００５１】
また、光吸収材２００を、予備成形体１Ａの形成材料の溶融温度および分解温度のうち低い方の温度よりも低い温度まで予熱しておいてもよい。
【００５２】
次いで、図３（ｂ）に示すように、発熱した光吸収材２００の温度が、予備成形体１Ａの形成材料の溶融温度および分解温度のうち低い方の温度を超えると、光吸収材２００は予備成形体１Ａを溶融または分解し、孔１０ａ（空隙）を形成しながら予備成形体１Ａの内部に移動し始める（空隙を形成する工程）。
【００５３】
さらに、図３（ｃ）に示すように、光吸収材２００は、重力により下方（重力方向、−ｚ軸方向）に引かれ、孔１０ａを延長しながら予備成形体１Ａの内部に移動する。予備成形体１Ａをアクリル樹脂で構成する場合、アクリル樹脂が熱分解して生じる分解ガスＧが孔１０ａから放出されるため、孔１０ａを閉塞させることなく良好に孔１０ａが延長される。
【００５４】
このとき、光吸収材２００に照射する光Ｌの強度を変化させることで、光吸収材２００の加熱温度を制御し、予備成形体１Ａ内の光吸収材２００の移動速度を制御することができる。例えば、光Ｌの強度を高めると、光吸収材２００の温度が向上するため、光吸収材２００の移動速度が速くなる。反対に、光Ｌの強度を弱くすると、光吸収材２００の温度が低下するため、光吸収材２００の移動速度が遅くなる。光吸収材２００に照射する光Ｌの強度は、光吸収材２００を効率的に加熱でき、孔１０ａ以外の部分の予備成形体１Ａの分解を抑制できることから、０．０１Ｗ〜１００Ｗが好ましく、０．１Ｗ〜５０Ｗがより好ましい。
【００５５】
光Ｌの強度は、図２に示す光源１１１の出力を変化させることで制御する。その際、光Ｌが連続波である場合には、光源１１１に供給する電力を変化させることで光Ｌの強度を制御可能である。また、光Ｌがパルス波である場合には、パルスのｄｕｔｙ比を変化させることで光Ｌの強度を制御可能である。
【００５６】
孔１０ａが底面１ｃにまで達すると、光吸収材２００は落下し、形成される貫通孔から排出される。
このようにして、図１に示す成形体１を形成することができる。
【００５７】
なお、貫通孔を形成した予備成形体１Ａを加熱し、熱ひずみを除去する熱処理を施すこととしてもよい（熱処理する工程）。熱処理条件としては、予備成形体１Ａの形成材料のガラス転移点等に応じて適宜設定することができ、予備成形体１Ａをアクリル樹脂で構成する場合、貫通孔を形成した予備成形体１Ａを６０℃〜１２０℃に加熱し３０分〜７２０分保持する処理を例示することができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、新たな加工技術を含む熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することができる。
【００５９】
［第２実施形態］
図４は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体２、または熱可塑性樹脂成形体の製造方法で製造される熱可塑性樹脂成形体２の説明図であり、図１に対応する図である。図４（ａ）は成形体２の斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の線分ＩＶｂ−ＩＶｂにおける矢視断面図である。
【００６０】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、成形体２は上面２ａから側面１ｂに貫通する貫通孔２０（空隙）を有している。貫通孔２０は、成形体２の内部の符号２１で示す部分で屈曲している。
【００６１】
図５は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示す工程図である。本工程図においても、製造装置として図２に示した製造装置１００を用いるものとする。
【００６２】
図５（ａ）は、上述の第１実施形態の図３（ｃ）に対応する図である。図に示すように、上述の第１実施形態と同様の方法で、予備成形体２Ａに載置した光吸収材２００に光Ｌを照射し、発熱した光吸収材２００を用いて予備成形体２Ａに孔２０ａを形成する。
【００６３】
次いで、図５（ｂ）に示すように、予備成形体２Ａの姿勢をｘ軸回りで９０度傾け、側面２ｂを下方に向けて保持する。予備成形体２Ａの姿勢制御は、図２に示す製造装置１００の角度調整部１２３により行う。
【００６４】
ここで、予備成形体２Ａの姿勢を変更する前に、光源の出力を低下または光源からの光Ｌの照射を停止させ、光Ｌの強度を低減しておく。これにより、光吸収材２００の温度が低下する。光吸収材２００の温度が、予備成形体２Ａの形成材料の溶融温度および分解温度のうち低い方の温度よりも低い温度まで低下すると、光吸収材２００は予備成形体２Ａの内部で停止する。すなわち、光吸収材２００を用いた予備成形体２Ａの加工が停止することとなる。
【００６５】
次いで、図５（ｃ）に示すように、予備成形体２Ａの側面２ｂを介して光吸収材２００に光Ｌを照射することで、図５（ａ）と同様に予備成形体２Ａに孔２０ａを形成し、孔２０ａを延長する。
【００６６】
孔２０ａが側面２ｂにまで達すると、光吸収材２００は落下し、形成される貫通孔から排出される。
このようにして、図４に示す成形体２を形成することができる。
【００６７】
以上のように、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、内部で屈曲した孔を容易に形成可能な、加工の自由度の高い新たな加工技術を含む熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することができる。
【００６８】
また、以上のような構成の熱可塑性樹脂成形体によれば、内部で屈曲した孔を有する熱可塑性樹脂成形体を提供することができる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、予備成形体２Ａの姿勢を変更する前に光Ｌの照射を停止することとしたが、光Ｌの照射を続けながら予備成形体２Ａの姿勢を変更することとしてもよい。このような加工を施すと、予備成形体２Ａの姿勢を変更する途中でも光吸収材２００による加工が進行するため、内部で湾曲した孔を有する成形体を製造することが可能となる。
【００７０】
［第３実施形態］
図６は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体３、または熱可塑性樹脂成形体の製造方法で製造される熱可塑性樹脂成形体３の説明図であり、図１に対応する図である。図６（ａ）は成形体３の斜視図であり、図６（ｂ）は図４（ａ）の線分ＶＩｂ−ＶＩｂにおける矢視断面図である。
【００７１】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、成形体３は上面３ａから底面３ｃに貫通する貫通孔３０（空隙）を有している。貫通孔３０は、成形体３の内部の符号３１で示す部分で二股に分岐している。貫通孔３０は、上面３ａに１つの開口を有し、底面３ｃに２つの開口を有している。
【００７２】
図７は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示す工程図である。本工程図においても、製造装置として図２に示した製造装置１００を用いるものとする。
【００７３】
まず、図７（ａ）に示すように、上述の第１実施形態と同様の方法で、予備成形体３Ａに載置した光吸収材２００に光Ｌを照射し、発熱した光吸収材２００を用いて予備成形体３Ａに孔３０ａを形成する。孔３０ａは、予備成形体３Ａの内部の符号３１で示す部分で屈曲しており、孔３０ａの形成方向は、底面３ｃに対して斜めに傾斜している。
【００７４】
予備成形体３Ａは、底面３ｃが重力方向（ｚ軸方向）に対して斜めに傾斜するように保持されている。このような姿勢の予備成形体３Ａに対し、ｚ軸方向下方から＋ｚ軸方向に向けて光Ｌを照射すると、底面３ｃにおいて光Ｌが屈折し、光吸収材２００に照射されないおそれがある。そのため、図７（ａ）においては、底面３ｃに対する光Ｌの入射角を制御し、光吸収材２００に照射されるように調整する。光Ｌの入射角は、予備成形体３Ａの形成材料の屈折率を用い、スネルの法則から算出することができる。
【００７５】
孔３０ａが底面３ｃにまで達すると、光吸収材２００は落下し、形成される貫通孔から排出される。
【００７６】
次いで、図７（ｂ）に示すように、光吸収材２００を孔３０ａ内に入れ、光吸収材２００が孔３０ａから転がり出ないように予備成形体３Ａの姿勢を変更して、符号３１で示す屈曲部分に光吸収材２００を配置する。そして、光吸収材２００に光Ｌを再度照射し、予備成形体３Ａの加工を再開する。
【００７７】
次いで、図７（ｃ）に示すように、光吸収材２００が予備成形体３Ａを溶融または分解し始め、予備成形体３Ａの姿勢を変更しても光吸収材２００が孔３０ａから転がり出ない程度に予備成形体３Ａに埋没した後に、孔３０ａの形成方向が所望の方向となるように予備成形体３Ａの姿勢を変更する。その後、予備成形体３Ａの底面３ｃを介して光吸収材２００に光Ｌを照射することで、図７（ａ）と同様に予備成形体３Ａに孔３０ａを形成し、分岐した孔３０ａを延長する。
【００７８】
分岐した孔３０ａが底面３ｃにまで達すると、光吸収材２００は落下し、形成される貫通孔から排出される。
このようにして、図６に示す成形体３を形成することができる。
【００７９】
以上のように、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、内部で屈曲しさらに分岐した孔を容易に形成可能な、加工の自由度の高い新たな加工技術を含む熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することができる。
【００８０】
また、以上のような構成の熱可塑性樹脂成形体によれば、内部で屈曲し、さらに分岐した孔を有する熱可塑性樹脂成形体を提供することができる。
【００８１】
［第４実施形態］
図８は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体４、または熱可塑性樹脂成形体の製造方法で製造される熱可塑性樹脂成形体４の説明図であり、図１に対応する図である。図８（ａ）は成形体４の斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の線分VIIIｂ−VIIIｂにおける矢視断面図である。
【００８２】
図８（ａ）（ｂ）に示すように、成形体４は側面４ｂから底面４ｃに貫通する貫通孔３０（空隙）を有している。貫通孔４０は、成形体４の内部の符号４１で示す部分で屈曲しており、成形体４の内部の符号４２で示す部分で二股に分岐している。貫通孔４０は、側面４ｂに１つの開口を有し、底面４ｃに２つの開口を有している。
【００８３】
図９は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法を示す工程図である。本工程図においては、製造装置として図２に示した製造装置１００にさらに１組の光照射部を追加したものを用いるものとする。
【００８４】
図９（ａ）は、上述の第１実施形態の図３（ｃ）に対応する図である。図に示すように、上述の第１実施形態と同様の方法で、予備成形体４Ａに載置した光吸収材２００に光Ｌを照射し、発熱した光吸収材２００を用いて予備成形体４Ａに孔４０ａを形成する。
【００８５】
次いで、図９（ｂ）に示すように、予備成形体４Ａの姿勢を９０度傾け、底面４ｃを下方に向けて保持する。予備成形体４Ａの姿勢制御は、図２に示す製造装置１００の角度調整部１２３により行う。予備成形体４Ａの姿勢を変更する前に、光源の出力を低下または光源からの光Ｌの照射を停止させ、光Ｌの強度を低減しておく。
【００８６】
次いで、図８（ｂ）の符号４２に対応する位置に、光吸収材２０１を更に配置した後、予備成形体４Ａの底面４ｃを介して光吸収材２００に再度強度を高めた光Ｌを照射し、さらに光吸収材２０１に光Ｌ１を照射する。光Ｌ１は、光Ｌと同様の波長および強度のものを用いることができる。
【００８７】
光吸収材２００および光吸収材２０１に光Ｌおよび光Ｌ１を照射することで、予備成形体４Ａに孔４０ａを形成し、分岐した孔４０ａを延長する。分岐した孔４０ａが底面４ｃにまで達すると、光吸収材２００および光吸収材２０１は落下し、形成される貫通孔から排出される。
このようにして、図８に示す成形体４を形成することができる。
【００８８】
以上のように、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、内部で屈曲しさらに分岐した孔を容易に形成可能な、加工の自由度の高い新たな加工技術を含む熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することができる。
【００８９】
また、以上のような構成の熱可塑性樹脂成形体によれば、内部で屈曲し、さらに分岐した孔を有する熱可塑性樹脂成形体を提供することができる。
【００９０】
［第５実施形態］
図１０は、本実施形態の熱可塑性樹脂成形体５の説明図であり、図６（ｂ）に対応する断面図である。
図に示すように、本実施形態の成形体５は、上述の図６で示した成形体３と、成形体３の貫通孔３０の内部に充填された充填部５５と、を有している。
【００９１】
充填部５５は、成形体３よりも高い屈折率を有し、光透過性を有する樹脂材料を形成材料とし、貫通孔３０の内部を隙間なく充填している。成形体３と充填部５５の屈折率差は、光導波路として用いるのに有効であることから、０．０１〜０．５０が好ましく、０．０２〜０．３０がより好ましい。充填部５５の形成材料としては、空隙への充填が容易であることから、光硬化性樹脂が好ましく、紫外線硬化性樹脂がより好ましい。
【００９２】
図１１は、成形体５の製造工程を示す工程図である。
まず、図１１（ａ）に示すように、成形体３の貫通孔３０の内部に硬化前の光硬化性樹脂５５Ａを充填する。ここでは、光硬化性樹脂５５Ａとして紫外線硬化性樹脂を用いることとする。
【００９３】
次いで、成形体３に紫外線を照射し、硬化前の光硬化性樹脂５５Ａを硬化させる。
その際、成形体３の全面に紫外線を照射してもよく、図１１（ｂ）に示すように貫通孔３０の開口部から紫外線を照射してもよい。図１１（ｂ）では、符号ＵＶを付した矢印で照射する紫外線を示している。製造工程が簡便で、光硬化性樹脂５５Ａの硬化性に優れることから、成形体３の全面に紫外線を照射する方法が好ましい。
【００９４】
成形体３の劣化を極力抑制したい場合や紫外線吸収剤を多く含む成形体３を用いる場合は、図１１（ｂ）に示すように貫通孔３０の開口部から紫外線を照射する方法を用いてもよい。貫通孔３０の内部には、成形体３よりも高い屈折率を有する光硬化性樹脂５５Ａが充填されているため、図に示すように貫通孔３０の開口部から紫外線を照射すると、貫通孔３０の内壁では紫外線の全反射を生じる。そのため、紫外線は、貫通孔３０の内壁で反射を繰り返しながら光硬化性樹脂５５Ａの全体に照射される。その結果、光硬化性樹脂５５Ａが硬化した充填部５５が得られる。
【００９５】
以上のような構成の熱可塑性樹脂成形体によれば、充填部５５を光導波路として用いることが可能な熱可塑性樹脂成形体を提供することができる。
【００９６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００９７】
例えば、上記実施形態においては、加工中に予備成形体をｘ軸回りに回転させることで、屈曲または湾曲した貫通孔を有する成形体を製造することを示したが、例えば、他にｙ軸回り、ｚ軸回りにも回転させながら加工を行うことで、例えば円形の孔やらせん状の孔を形成することもできる。
【００９８】
また、上記実施形態においては、光吸収材２００は、重力により下方に引かれることとしたが、光吸収材２００に重力以外の力を作用させることとしてもよい。例えば、光吸収材２００が鉄や鋼を形成材料とする場合、電磁石や永久磁石を用いて光吸収材２００に磁力を作用させることとしてもよい。この方法によれば、例えば、重力方向と逆方向から磁力を作用させることにより、光吸収材２００の移動速度を下げることができる。また、重力方向と交差する方向から磁力を作用させることにより、磁力方向に光吸収材２００を移動させることができる。
【００９９】
また、孔の入口側から孔の内部に向けて気体を吹き込み、加圧することで光吸収材２００の移動速度を上げることとしてもよい。
【０１００】
また、上記実施形態においては、光吸収材２００に照射する光Ｌの強度を変化させることで、光吸収材２００の加熱温度を制御することとしたが、光吸収材２００の温度制御の方法はこれに限らない。例えば、孔の入口側から孔の内部に向けて気体を吹き込み、光吸収材２００を冷却することとしてもよい。また、予備成形体の外部から予備成形体を冷却することにより、間接的に内部の光吸収材２００を冷却することとしてもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、光Ｌは予備成形体の下方から＋ｚ軸方向に照射することとしたが、これに限らず、光吸収材２００を加熱可能であれば他の方向から照射することとしてもよい。その場合、光源と光吸収材２００との間に光Ｌを屈折、反射させる面が複数存在すると、光Ｌを光吸収材２００に照射することが困難となるため、例えば、加工中の孔の壁面を光Ｌが透過するような光路を採用せず、加工前の予備成形体のみを光Ｌが透過するような光路を採用することが好ましい。このような光路では、光Ｌを屈折、反射させる面が、予備成形体の外面のみとなるため、屈折や反射が制御しやすく、加工が容易となる。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、成形体の熱ひずみを除去するために熱処理を行うこととして説明したが、熱処理の目的は熱ひずみの除去のみを目的としなくてもよい。例えば、図３においては、成形体の形成材料としてアクリル樹脂を用いる場合、加工中には、アクリル樹脂が熱分解して生じる分解ガスＧが孔から放出されることを示したが、このような分解ガスＧは、冷却されることで液化し、孔から放出される前に孔の内部に溜まることがある。以下、このように分解ガスＧが液化した物質を分解モノマーと称する。
【０１０３】
このような場合、熱処理を施すことで、孔の内部に溜まる分解モノマーを再度気化し、好適に分解モノマーを除去することができる。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、予備成形体の上面に光吸収材を載置して加工することとしたが、予め予備成形体の内部に光吸収材を埋め込んでおき、光吸収材に光照射をして孔を形成し成形体を製造することとしても構わない。
【０１０５】
［実施例］
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１０６】
以下の実施例においては、図２に示す製造装置１００を用いた。図２に示す各構成について、下記の装置、光吸収材、予備成形体を用いた。
光源：半導体レーザー（昭和オプトロニクス社製、ＪＵＮＯ５０００、波長：５３２ｎｍ、最大出力：５Ｗ）
導光部のレンズ：平凸レンズ（焦点距離：５０ｍｍ、集光径：１６μｍ）
光吸収材：鋼球（直径：１ｍｍ）
予備成形体：アクリル樹脂板（三菱レイヨン株式会社製、アクリライトＬ＃００１、厚さ：８ｍｍ）
【０１０７】
また、レーザー光の焦点合わせのために、ＣＣＤカメラを用いて光吸収材の近傍を観察可能とした。
【０１０８】
さらに、製造された成形体を観察するために、レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製、ＬＥＸＴ  ＯＬＳ４０００）および走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、ＪＳＭ−６３８０ＬＴ）を用いた。観察時には５倍の対物レンズを用いた。
【０１０９】
（実施例１）
図３に示した製造工程により、直線的な貫通孔を有する成形体を製造した。その際、レーザー光の出力を変化させ、形成する貫通孔の形状を観察した。レーザー光の出力は、１．８Ｗ，２．２Ｗ，２．６Ｗ，３．０Ｗの４水準とした。貫通孔形成後、得られた成形体に１００℃で３０分加熱する熱処理を施し、成形体の熱ひずみと分解ガスとを除去した。
【０１１０】
図１２は、製造した成形体における貫通孔の断面写真である。図１２に示す成形体においては、図面上方が図１の上面１ａに対応し、図面下方が図１の底面１ｃに対応する。
【０１１１】
図１３は、図１２に示す各貫通孔の上面側および底面側の開口部を示す写真である。以下、貫通孔の上面側の開口部を「入口部」、貫通孔の底面側の開口部を「出口部」と称することがある。
【０１１２】
図１４は、図１２に示すレーザー出力２．２Ｗの条件における貫通孔の内壁面を観察した写真である。
【０１１３】
また、下記表１は、実施例１の実験結果をまとめた表である。表中「中央部」とは、貫通孔の「入口部」と「出口部」との間の部分、すなわち、成形体の内部における貫通孔の一部分のことである。
【０１１４】
【表１】
2015045693.tif 000003
【０１１５】
まず、図１２に示すように、本発明の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、いずれのレーザー出力条件であっても、貫通孔が形成可能であることが分かった。また、図１２、表１に示すように、レーザー出力を大きくすると、貫通孔の内径が大きくなることが分かった。
【０１１６】
また、図１３に示すように、形成した開口部は、いずれのレーザー出力条件においても、入口部および出口部共に、用いた光吸収材（直径１ｍｍの鋼球）と比べて大きいものとなった。
【０１１７】
また、観察の結果、予備成形体上に載置した鋼球に底面側からレーザー光を照射すると、鋼球はレーザー光の光線軸回りに回転（自転）しながら振動し、予備成形体を加工していることが分かった。鋼球にレーザー光を照射すると、鋼球が加熱され、予備成形体を溶融しながら自重によって予備成形体の内部に移動し、加工が進行する。その際、鋼球は、溶融したアクリル樹脂の流動や、アクリル樹脂が分解して発生する分解ガスの流れにより激しく運動し、その結果、上述のように回転及び振動したものを考えられる。
【０１１８】
また、観察の結果、出口部は入口部と比べて開口径が小さいことが分かった。
入口部では、鋼球が予備成形体を溶融しながら自重によって予備成形体の内部に移動するまで、予備成形体の表面で激しく振動し、鋼球が載置された位置の周囲の予備成形体を溶融していた。
【０１１９】
対して、出口部では、鋼球の一部が予備成形体の底面から露出すると、鋼球の動きが規制されるため徐々に回転が弱くなることが観察された。そのため、鋼球は、底面側では予備成形体を貫通するまでに周囲の予備成形体をあまり溶融することがなく、その結果、出口部は入口部と比べて開口径が小さくなっていた。
【０１２０】
さらに、図１３に示すように、レーザー出力１．８Ｗと２．２Ｗの条件においては、出口部にアクリル樹脂の溶融物が付着していた。
【０１２１】
また、図１４に示すように、貫通孔の内壁は全体的に凹凸が少なく平滑であった。また、出口部には無数のボイドが観察されたが、これは、貫通孔が形成され鋼球が落下することにより、出口部近傍の溶融樹脂が急冷されたためであると考えられる。
【０１２２】
（実施例２）
図５に示した製造工程により、屈曲した貫通孔を有する成形体を製造した。レーザー光の出力は、１．８Ｗとした。貫通孔形成後、成形体に実施例１と同様に熱処理を施し、成形体の熱ひずみを除去した。以下の実施例において、レーザー出力および熱処理の条件は、本実施例２と同様とした。
【０１２３】
製造においては、まず、予備成形体の表面から４ｍｍ程度ｚ軸方向に加工し、予備成形体を９０度回転させた後に加工を継続して、屈曲した貫通孔を形成した。
【０１２４】
図１５は、製造した成形体における貫通孔の断面写真である。図に示すように、本発明の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、屈曲した貫通孔を有する成形体を製造可能であることが分かった。
【０１２５】
（実施例３）
図５に示した製造工程と同様の方法により、表面から底面に貫通し、内部で屈曲した貫通孔を有する成形体を製造した。
【０１２６】
その際、加工開始から鋼球全体が予備成形体に侵入したらすぐに、予備成形体の姿勢を水平姿勢に対して２０度傾斜させた。予備成形体の中央付近まで加工した後、予備成形体の姿勢を最初の傾斜方向とは反対方向に、水平姿勢に対して−４０度傾斜させた。レーザー光の出力および熱処理は、実施例２と同じとした。
【０１２７】
図１６は、製造した成形体における貫通孔の断面写真である。図に示すように、本発明の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、屈曲した貫通孔を有する成形体を製造可能であることが分かった。
【０１２８】
（実施例４）
予備成形体の表面からｚ軸方向に加工した後、予備成形体を９０度回転させて加工を継続し、さらに予備成形体を−９０度回転させて元の姿勢に戻すことで、屈曲した貫通孔を形成した。
【０１２９】
図１７は、製造した成形体における貫通孔の断面写真である。図に示すように、本発明の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、２箇所で屈曲した貫通孔を有する成形体を製造可能であることが分かった。
【０１３０】
（実施例５）
図７に示した製造工程により、屈曲した貫通孔を有する成形体を製造した。
図１８は、製造した成形体における貫通孔の断面写真である。図に示すように、本発明の熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、内部で屈曲しさらに分岐した貫通孔を有する成形体を製造可能であることが分かった。
【０１３１】
以上の結果から、本発明が加工の自由度の高い加工技術であり、特に、内部で屈曲または湾曲した空隙を有する熱可塑性樹脂成形体を提供するのに有用であることが確かめられた。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明の熱可塑性樹脂成形体の製造方法により得られる熱可塑性樹脂成形体や本発明の熱可塑性樹脂成形体は、特に光導波路に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１，２，３，４，５…成形体（熱可塑性樹脂成形体）、１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａ…予備成形体、Ｌ，Ｌ１…光、２００，２０１…光吸収材
【図１】
2015045693.tif 000004
【図２】
2015045693.tif 000005
【図３】
2015045693.tif 000006
【図４】
2015045693.tif 000007
【図５】
2015045693.tif 000008
【図６】
2015045693.tif 000009
【図７】
2015045693.tif 000010
【図８】
2015045693.tif 000011
【図９】
2015045693.tif 000012
【図１０】
2015045693.tif 000013
【図１１】
2015045693.tif 000014
【図１２】
2015045693.tif 000015
【図１３】
2015045693.tif 000016
【図１４】
2015045693.tif 000017
【図１５】
2015045693.tif 000018
【図１６】
2015045693.tif 000019
【図１７】
2015045693.tif 000020
【図１８】
2015045693.tif 000021