(57)【要約】【課題】本発明は、微細構造を成形部材に容易に転写することができ且つ容易に離型させることができると共に、射出成形による転写よりも短時間で転写を行うことができる転写方法を提供することを課題とする。【解決手段】スタンパ２，３の微細構造２ａ，３ａが形成された微細構造部分を局所的に加熱又は冷却してスタンパ２，３の温度を局所的に制御しながら成形部材１にスタンパ２，３を押圧し、微細構造２ａ，３ａを成形部材１の表面に転写する。スタンパ２，３の局所的な加熱により成形部材１を軟化させて転写を容易にする。また、スタンパ２，３の局所的な冷却により、成形部材１の離型を促進する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタンパに形成された微細構造を成形部材の表面に転写する転写方法であって、
該スタンパの該微細構造が形成された微細構造部分を局所的に加熱又は冷却して前記スタンパの温度を局所的に制御しながら前記成形部材に前記スタンパを押圧し、前記微細構造を前記成形部材の前記表面に転写することを特徴とする転写方法。
【請求項２】
請求項１記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造部分を局所的に加熱して前記スタンパを前記成形部材に押圧することにより、前記成形部材の前記微細構造が転写される部分を加熱して転写可能な軟化状態とすることを特徴とする転写方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の転写方法であって、
転写終了後、前記スタンパの前記微細構造部分を局所的に冷却して前記成形部材の前記微細構造が転写される部分を冷却し収縮させることにより離型を促進することを特徴とする転写方法。
【請求項４】
請求項１記載の転写方法であって、
転写終了後、前記スタンパを前記成形部材から離間するように移動する際に、前記スタンパと前記成形部材との間に圧縮気体を噴射して離型を促進することを特徴とする転写方法。
【請求項５】
請求項４記載の転写方法であって、
前記圧縮気体を噴射し且つ前記スタンパの前記微細構造部分を局所的に冷却しながら前記スタンパを移動して離型を行うことを特徴とする転写方法。
【請求項６】
請求項５記載の転写方法であって、
前記スタンパの移動速度を、前記スタンパの冷却速度に応じて制御することを特徴とする転写方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転写方法に係わり、特に樹脂等の成形部材の表面に微細構造を転写するための転写方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂レンズのような光学部品の表面に微細構造を形成する方法として、射出成形用の金型の表面に微細構造を形成しておき、樹脂成形時に金型の微細構造を成形品の表面に転写する方法が知られている。
【０００３】
射出成形時に微細構造を転写する場合、微細構造の形状によっては樹脂がその形状にうまく充填されないことがある。例えば、成形品の表面に微細構造としてアスペクト比の大きい微細な突起を形成する場合、金型の表面には形成する突起の形状に対応した微細な穴が形成されるが、樹脂の射出成形時にこのような深い微細な穴に樹脂を完全に充填することが難しいことがある。また、微細構造に樹脂が充填できたとしても、成形品が金型に貼り付いてしまい、うまく離型できないといった問題が発生するおそれがある。
【０００４】
微細構造が表面に形成された成形品の離型方法として、圧縮流体で成形品を冷却して収縮させ、離型を促進させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、金型を内型と外型に分けて内型を外型に対して移動可能としておき、内型と成形品との間に圧縮流体を噴出して離型を促進させる技術が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照。）。
【０００５】
しかし、微細構造が転写された成形品を得るために射出成形を用いると、射出成形サイクルにおいて、冷却時間等を含めた長い時間が必要となり、生産性がよくないという問題がある。
【０００６】
そこで、スタンパを用いて、微細構造を有する型を樹脂部材の表面に押圧（スタンプ）して微細構造を転写することが考えられる。スタンパでの転写工程は、射出成形のように溶融樹脂を用いることなく、樹脂部材に型を押圧する工程だけであるので、射出成形による転写よりは格段に短い時間で転写を行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−２８９０６４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５１６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、微細構造を両面に有する樹脂部品の要求が光学分野や医療・バイオ分野で高まっている。このような要求に答えるべく、両面を同時にスタンパ型で押圧して微細構造を両面に転写することが考えられる。スタンパ型で押圧して微細構造を両面に転写する場合、溶融樹脂に至るまでの加熱及び固化するまでの冷却等の成形工程を必要としない。このため、射出成形を用いるよりも短時間で微細構造を転写することができる。
【０００８】
ところが、微細構造をスタンパ型で樹脂部材の両面に同時にスタンプするような処理はこれまで行われた例はほとんどなく、最適な転写条件や転写方法は提案されていない。特に、スタンパ型の離型性が両側の型で異なるような場合が考えられるが、どのように両側の型を離型するかについて検討されていない。すなわち、離型性は転写する微細構造の形状や寸法に依存するので、両側の微細構造が異なると離型性を考慮してスタンパ型の動作と転写成形品の取り出しを制御しなければならないが、これまでに、微細構造による離型性を考慮した転写工程の制御は行われていなかった。したがって、両面転写における最適な転写工程を実現可能な転写方法の開発が望まれている。
【０００９】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、微細構造を成形部材に容易に転写することができ且つ容易に離型させることができると共に、射出成形による転写よりも短時間で転写を行うことができる転写方法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】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、スタンパに形成された微細構造を成形部材の表面に転写する転写方法であって、該スタンパの該微細構造が形成された微細構造部分を局所的に加熱又は冷却して前記スタンパの温度を局所的に制御しながら前記成形部材に前記スタンパを押圧し、前記微細構造を前記成形部材の前記表面に転写することを特徴とする転写方法が提供される。
【００１１】
本発明による転写方法において、前記スタンパの前記微細構造部分を局所的に加熱して前記スタンパを前記成形部材に押圧することにより、前記成形部材の前記微細構造が転写される部分を加熱して転写可能な軟化状態とすることが好ましい。また、転写終了後、前記スタンパの前記微細構造部分を局所的に冷却して前記成形部材の前記微細構造が転写される部分を冷却し収縮させることにより離型を促進することが好ましい。さらに、転写終了後、前記スタンパを前記成形部材から離間するように移動する際に、前記スタンパと前記成形部材との間に圧縮気体を噴射して離型を促進することが好ましい。また、前記圧縮気体を噴射し且つ前記スタンパの前記微細構造部分を局所的に冷却しながら前記スタンパを移動して離型を行うこととしてもよい。前記スタンパの移動速度を、前記スタンパの冷却速度に応じて制御することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、微細構造転写部分を局所的に加熱して転写を促進し、且つ微細構造転写部分を局所的に冷却して離型を促進することができる。このため、微細構造を成形部材に容易に転写することができ且つ容易に離型させることができる。特に、成形部材の両面に微細構造を一回の転写工程で転写することができ、短時間で精度のよい転写を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、本発明の一実施形態による転写方法を行う転写装置について図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態による転写方法により微細構造を成形部材に転写する転写装置の概要を示す断面図である。
【００１５】
図１に示す転写装置は、成形部材１を上スタンパ２と下スタンパ３との間に挟んでプレスすることにより、上スタンパ２及び下スタンパ３に形成されている微細構造２ａ及び３ａを成形部材１の両面に転写するための装置である。
【００１６】
成形部材１は、上スタンパ２と下スタンパ３により押圧されることで塑性変形可能な材料であり、例えば樹脂板や樹脂シートのような樹脂部材である。成形部材１によりプラスチック光学部品を成形する場合、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂の板材やシートが用いられる。
【００１７】
上スタンパ２は、例えばニッケルやシリコン等の金属材料で形成された板状の部材であり、その表面に微細構造２ａが形成されている。また、上スタンパ２には、裏面から表面まで貫通する複数の吸引貫通孔２ｂが設けられている。後述のように、この吸引貫通孔２ｂを介して成形部材１を吸引することにより、成形部材１を上スタンパ２に吸引固定することができる。
【００１８】
下スタンパ３は、上スタンパ２と同様な構成であり、例えばニッケルやシリコン等の金属材料で形成された板状の部材であり、その表面に微細構造３ａが形成されている。また、下スタンパ３には、裏面から表面まで貫通する複数の吸引貫通孔３ｂが設けられている。後述のように、この吸引貫通孔３ｂを介して成形部材１を吸引することにより、成形部材１を下スタンパ３に吸引固定することができる。
【００１９】
上スタンパ２はプレス上コア４に取り付けられる。プレス上コア４には、コア取り付け面に開口した複数のスタンパ吸引固定用通路５が形成されている。上スタンパ２を取り付け面に当接させ、スタンパ吸引固定用通路５を介して吸引することにより、上スタンパ２を取り付け面上に保持することができる。したがって、吸引を解除することにより上スタンパ２をプレス上コア４から取り外すことができる。
【００２０】
また、プレス上コア４には、上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂに対応する位置に開口する複数の成形部材吸引固定用通路６が形成されている。成形部材吸引固定用通路６は、上スタンパ２がプレス上コア４に取り付けられた状態において、上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂに接続される。したがって、プレス上コア４に上スタンパ２を取り付けてから、成形部材１を上スタンパ２に当接させ、吸引貫通孔２ｂ及び成形部材吸引固定用通路６を介して成形材料１を吸引することで、成形材料１を上スタンパ２に吸引固定することができる。
【００２１】
また、上スタンパ２がプレス上コア４に取り付けられたときに、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応する位置において、プレス上コア４の内部にヒータ７が埋め込まれ且つ冷媒通路８が形成されている。ヒータ７は、例えば通電することにより発熱する電熱線であり、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応したプレス上コア４の一部のみを加熱することができる。冷媒通路８は、例えば冷却水等の冷媒を流すことのできる通路であり、冷却水を冷媒通路８に流すことにより、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応したプレス上コア４の一部のみを冷却することができる。
【００２２】
ヒータ７は電熱線に限ることなく、例えばペルチェ素子のような他の発熱体を用いることもできる。また、冷媒通路８の代わりに例えばペルチェ素子のような他の冷却装置を用いることもできる。ヒータ７及び冷媒通路８は、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応した位置に近接して設けられ、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分の加熱・冷却を行う局所温調ユニットとして機能する。
【００２３】
下スタンパ３はプレス下コア９に取り付けられる。プレス下コア９には、コア取り付け面に開口した複数のスタンパ吸引固定用通路１０が形成されている。下スタンパ３を取り付け面に当接させ、スタンパ吸引固定用通路１０を介して吸引することにより、下スタンパ３を取り付け面上に保持することができる。したがって、吸引を解除することにより下スタンパ３をプレス下コア９から取り外すことができる。
【００２４】
また、プレス下コア９には、下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂに対応する位置に開口する複数の成形部材吸引固定用通路１１が形成されている。成形部材吸引固定用通路１１は、下スタンパ３がプレス下コア９に取り付けられた状態において、下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂに接続される。したがって、プレス下コア９に下スタンパ３を取り付けてから、成形部材１を下スタンパ３に当接させ、吸引貫通孔３ｂ及び成形部材吸引固定用通路１１を介して成形材料１を吸引することで、成形材料１を下スタンパ３に吸引固定することができる。
【００２５】
また、下スタンパ３がプレス下コア９に取り付けられたときに、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応する位置において、プレス下コア９の内部にヒータ１２が埋め込まれ且つ冷媒通路１３が形成されている。ヒータ１２は、例えば通電することにより発熱する電熱線であり、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応したプレス下コア９の一部のみを加熱することができる。冷媒通路１３は、例えば冷却水等の冷媒を流すことのできる通路であり、冷却水を冷媒通路１３に流すことにより、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応したプレス下コア９の一部のみを冷却することができる。
【００２６】
ヒータ１２は電熱線に限ることなく、例えばペルチェ素子のような他の発熱体を用いることもできる。また、冷媒通路１３の代わりに例えばペルチェ素子のような他の冷却装置を用いることもできる。ヒータ１２及び冷媒通路１３は、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応した位置に近接して設けられ、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分の加熱・冷却を行う局所温調ユニットとして機能する。
【００２７】
なお、プレス上コア４は、プレス下コア９に対して移動して成形材料１をプレスできるように上下方向に移動するための移動機構が設けられているが、そのような上下機構は周知の機構であり、図面の簡略化の目的で図示は省略する。プレス上コア４を移動可能にするだけでなく、プレス下コア９も上下移動可能に構成することとしてもよく。あるいは、プレス下コア９のみを上下移動可能に構成することとしてもよい。
【００２８】
次に、図１に示す転写装置を用いて成形材料１に微細構造を転写する転写方法の一例について説明する。図２乃至図４は、図１に示す転写装置を用いて成形材料１に微細構造を転写する際の転写工程を示す図である。
【００２９】
まず、下スタンパ３をプレス下コア９上に載置し且つ上スタンパ２を下スタンパ３の上に重ねて載置する。そして、プレス上コア４を下降させて、上スタンパ２と下スタンパ３をプレス上コア４とプレス下コア９の間に挟む。このとき、プレス上コア４とプレス下コア９による押圧力は、僅かな力でよい。上スタンパ２と下スタンパ３をプレス上コア４とプレス下コア９の間に挟んだ状態で、図２（ａ）に示すように、プレス上コア４のスタンパ吸引固定用通路５を介して上スタンパ２を吸引してプレス上コア４に固定し、且つプレス下コア９のスタンパ吸引固定用通路１０を介して下スタンパ３を吸引してプレス下コア９に固定する。
【００３０】
上スタンパ２及び下スタンパ３を固定したら、図２（ｂ）に示すように、プレス上コア４を上昇させると、上スタンパ２はプレス上コア４と共に上昇する。そこで、成形部材１を下スタンパ３上に載置し、吸引貫通孔３ｂ及び成形部材吸引固定用通路１１を介して吸引して、下スタンパ３に固定する。
【００３１】
成形部材１を下スタンパ３上に固定したら、図３（ａ）に示すように、上スタンパ２を下降させて、成形部材１を上スタンパ２と下スタンパ３との間に挟み込み、成形部材１を押圧して徐々に押圧力を大きくしていく。このとき、プレス上コア４のヒータ７とプレス下コア９のヒータ１２に通電し、プレス上コア４及びプレス下コア９を局所的に加熱する。ヒータ７により加熱される部分は、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応した部分である。したがって、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分も、ヒータ７により加熱され、所定の温度となる。この所定の温度とは、成形部材１が軟化して微細構造２ａが転写されやすくなるような温度である。同様に、ヒータ１２により加熱される部分は、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応した部分である。したがって、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分も、ヒータ１２により加熱され、所定の温度となる。この所定の温度とは、成形部材１が軟化して微細構造３ａが転写されやすくなるような温度である。具体的にはスタンパ２，３はガラス転移点以上の温度まで加熱される。
【００３２】
このように、微細構造２ａ及び３ａを転写する際に、成形部材１の転写される部分のみを局所的に加熱して軟化させるので、微細構造２ａ及び３ａを容易に成形部材１に転写することができ、且つアスペクト比が高い凹凸のような微細構造２ａ及び３ａであっても、軟化した成形部材を凹部の奥まで十分に充填することができ、微細構造２ａ及び３ａを精度よく転写することができる。
【００３３】
所定の時間で転写が終了したら、ヒータ７及び１２による加熱を停止し、次に離型に移る。本実施形態では、上スタンパ形状が複雑で離型が困難であり冷却に時間を要するとして、下スタンパ３から先に離型する。この場合、吸引貫通孔３ｂ及び成形部材吸引固定用通路１１を介した吸引を停止して、成形部材１の下スタンパ３への吸引固定を解除する。一方、吸引貫通孔２ｂ及び成形部材吸引固定用通路６を介した吸引は維持して、成形部材１を上スタンパ２に吸引固定させておく。そして、図３（ｂ）に示すように、プレス上コア４を徐々に上昇させることにより、上スタンパ２と共に成形部材１を持ち上げて、成形部材１を下スタンパ３から離型する。このとき、冷媒通路８及び１３に冷却水を流すことにより、微細構造２ａ及び３ａが転写された部分を局所的に冷却する。具体的にはスタンパ２，３はガラス転移点以下の温度まで冷却される。この冷却により、微細構造２ａ及び３ａが転写された部分は収縮して上スタンパ２及び下スタンパ３の微細構造２ａ及び３ａから離れ、成形部材１の離型が促進される。
【００３４】
上述の冷却に加えて、本実施形態では、プレス下コア９の成形部材吸引固定用通路１１及び下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂを介して、成形部材１と下スタンパ３との間に圧縮気体（ここでは圧縮空気とする）を噴射する。これにより、成形部材１の下スタンパ３からの離型がさらに促進される。
【００３５】
上述のように、下スタンパ３から先に離型する場合は、プレス上コア４の移動を制御して離型後の成形部材１と下スタンパ３との間の距離を最小限にとどめておくことが好ましい。すなわち、成形部材１が下スタンパ３から離型する最小限の距離だけプレス上コア４を上昇させる。また、プレス上コア４の移動速度（上昇速度）は、プレス下コア９の冷却通路１３に冷却水を流した際に冷却される微細構造３ａが転写された部分の冷却速度に応じて制御することが好ましい。すなわち、転写された部分の冷却により離型が進むため、その冷却速度、すなわち離型の進行速度に応じて成形部材１を下スタンパから引き離すことにより、無理のない離型を行うことができる。
【００３６】
成形部材１が下スタンパ３から離型したら、プレス上コア４の成形部材吸引固定用通路６及び上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂを介した吸引を停止する。そして、図３（ｃ）に示すように、成形部材吸引固定用通路６及び上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を、上スタンパ２と成形部材１の間に噴射する。これにより、成形部材１は上スタンパ２から完全に離型し、下スタンパ３上に移動する。以上により、成形部材１は下スタンパ３及び上スタンパ２から離型した状態となる。
【００３７】
離型が終了したら、図４（ａ）に示すように、プレス上コア４を上昇させ、下スタンパ３上の成形部材１１を取り出す。取り出された成形部材１の上下面には微細構造２ａ及び３ａが精度よく転写されている。成形部材１を取り出した後、図４（ｂ）に示すように、成形部材吸引固定用通路６及び上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を下スタンパ３に向けて噴射し、下スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去し、且つ成形部材吸引固定用通路１１及び下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を上スタンパ２に向けて噴射し、上スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去する。以上で転写工程は終了する。
【００３８】
上述の転写工程では、プレス上コア４のみを上昇、下降させているが、プレス下コア９を上昇、下降させてもよく、あるいは両方を上昇、下降させてもよい。
【００３９】
また、成形部材１の上下両面に微細構造２ａ及び３ａを転写しているが、同様な方法により、成形部材１の上下面のいずれか一方のみに微細構造を転写することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態による転写方法により微細構造を成形部材に転写する転写装置の概要を示す断面図である。
【図２】図１に示す転写装置を用いて成形材料に微細構造を転写する際の転写工程の一部を示す図である。
【図３】図１に示す転写装置を用いて成形材料に微細構造を転写する際の転写工程の一部を示す図である。
【図４】図１に示す転写装置を用いて成形材料に微細構造を転写する際の転写工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  成形部材
２  上スタンパ
２ａ  微細構造
２ｂ  吸引貫通孔
３  下スタンパ
３ａ  微細構造
３ｂ  吸引貫通孔
４  プレス上コア
５，１０  スタンパ吸引固定用通路
６，１１  成形部材吸引固定用通路
７，１２  ヒータ
８，１３  冷媒通路
９  プレス下コア
【図１】
2008055712.tif 000003
【図２】
2008055712.tif 000004
【図３】
2008055712.tif 000005
【図４】
2008055712.tif 000006