(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０ｋＰａ〜１Ｐａの減圧雰囲気中、４００〜８００ｎｍの可視光波長領域において１０％以上の透過率を有し、且つ熱可塑性樹脂により構成されている被加工プラスチック材料にレーザーの照射エネルギーが５００ｍＷ以下であり、且つパルス幅１０-12秒以下の超短パルスのレーザーを照射することにより、誘起構造部を有するプラスチック構造体を形成することを特徴とするプラスチック構造体の形成方法。
【請求項２】
超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の表面から５〜１５０μｍの深さの部位に結ぶことにより、表面に内部から隆起して独立的に形成されている円錐状ないし釣り鐘状の隆起物を有するプラスチック構造体を形成する請求項１記載のプラスチック構造体の形成方法。
【請求項３】
超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の一方の表面から内部を経由して他方の表面まで、または一方の表面から内部まで走査することにより、貫通孔又は内部に終端する孔を有するプラスチック構造体を形成する請求項１記載のプラスチック構造体の形成方法。
【請求項４】
超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の内部に結ぶことにより、内部に屈折率変調部を有するプラスチック構造体を形成する請求項１記載のプラスチック構造体の形成方法。
【請求項５】
レーザーの照射エネルギーが５００ｍＷ以下であり、且つパルス幅１０-12秒以下の超短パルスのレーザーを、被加工プラスチック材料が設置されている減圧系の外部から照射する請求項１〜４の何れかの項に記載のプラスチック構造体の形成方法。
【請求項６】
レーザーの照射エネルギーが、５〜３００ｍＷである請求項１〜５の何れかの項に記載のプラスチック構造体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘起構造部を有するプラスチック構造体を形成する方法に関し、より詳細には、被加工プラスチック材料の任意の部位に、隆起物、孔または屈折率変調部が形成されたプラスチック構造体の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラスチック構造体（部品）の高機能化、高性能化の要求が高くなってきている。それらの要求に対して、加工されるプラスチック材料（被加工プラスチック材料）自身をポリマーアロイ化したり複合化したりする材料面での技術対応と、要求機能に合わせて機能部位を付加する加工面での技術対応の二つの取り組みが行われている。プラスチック部品の表面の高機能化・高性能化は、表面の濡れ性、接着性、吸着性、制電性、水分やガスに対するバリアー性、表面硬さ、光反射性、光散乱性、光透過性などの制御の必要性から、材料・加工両面から色々な技術的な取り組みがされてきている。それらの中で、プラスチックの加工として表面に凹凸を設けて、濡れ性や接着性や光学的特性を向上させたり、孔を形成させて流路や微小なセルを作製する方法が下記（１）〜（５）のようにいくつかある。
（１）被加工プラスチック材料の表面を機械的に摩擦したり、スパッタ・エッチングなどの物理的・化学的な処理により表面の一部を除去して凹凸を形成する方法。
（２）塗工・電鋳などのウエット・プロセスや蒸着・ラミネート・転写等のドライ・プロセスにより被加工プラスチック材料の表面に膜を付加して凹凸を形成する方法。
（３）予め凹凸を形成した金型などを利用して、成形により凹凸を形成する方法。
（４）ドリルで孔を形成する方法。
（５）レーザーで孔を形成する方法。
前記（１）の方法は、除去されたプラスチックの屑や飛散物による表面の汚染や後処理の問題があり、前記（２）の方法は、付加方法特有の材料や加工プロセスの追加による煩雑性の問題がある。また、（１）、（２）とも最近の環境汚染やリサイクル対策に関して、有意な方法とは言い難い。一方、前記（３）の方法は、除去や付加を伴わない方法であり量産性にも優れた方法であるが、精緻な凹凸構造の制御性に乏しい問題がある。さらに、前記（４）の方法は、ドリル刃の微細サイズに限界があり、また、屑や飛散物による表面の汚染の問題がある。さらにまた、前記（５）の方法は、炭化したススが発生したり、熱溶融して孔の入り口が大きくなる問題がある。
【０００３】
そのため、環境性・省資源性が良好であり、被加工プラスチック材料の表面や内部の任意の部位に、加工形成できる方法が望まれている。また、大気圧中で被加工プラスチック材料の内部に屈折率変調部を形成する際には、空洞やクラック、溶融・再固化物が形成される場合があった。
【０００４】
一方、レーザー光源に関する技術進歩は著しく、特にパルスレーザーは、ナノ（１０-9）秒からピコ（１０-12）秒と超短パルス化が進み、更に最近では、チタン・サファイア結晶などをレーザー媒質とするフェムト（１０-15）秒パルスレーザーなどが開発されてきている。ピコ秒やフェムト秒などの超短パルスレーザーシステムは、通常のレーザーの持つ、指向性、空間的・時間的コヒーレンスなどの特徴に加えて、パルス幅が極めて狭く、同じ平均出力でも単位時間・単位空間当りの電場強度が極めて高いことから、物質中に照射して高い電場強度を利用して誘起構造を形成させる試みが、無機ガラス材料を主な対象物として行われてきている。
【０００５】
また、高分子材料であるアモルファス・プラスチック等は、無機ガラス材料と比較して、ガラス転移温度が低い。これは、無機ガラス材料が共有結合で三次元的に結合してアモルファス構造が形成されているのに対して、高分子材料は、一次元的に共有結合で繋がった高分子鎖が三次元的に絡み合ってアモルファス構造が形成されていることを反映した結果である。従って、無機ガラス材料に対しては、大きな照射エネルギーで照射しないと、誘起構造が形成されないが、高分子材料では、高いエネルギーの照射は材料の劣化を引き起こす虞があるので、高いエネルギーの照射は回避する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高分子材料は、熱伝導性が低いという特徴を有している。従って、高分子材料は熱伝導性が低いので、蓄熱し易い傾向がある。すなわち、高分子材料は熱運動が無機ガラス材料に比べて容易に起こり、運動や反応に必要な熱量が少なくて済むので、無機ガラス材料に比べて、比較的低い照射エネルギーでも誘起構造が形成される可能性がある。しかし、高分子材料であるプラスチック構造体に関して、パルス幅が１０-12秒以下である（例えば、パルス幅がフェムト秒のオーダーである）超短パルスレーザーの照射による誘起構造形成の検討は、現在まで、無機ガラス材料ほどには行われていなかった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、優れた環境性・省資源性で、かつ被加工プラスチック材料の表面や内部に誘起構造部を精密に形成させることができるプラスチック構造体の形成方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、誘起構造部が隆起物、孔や屈折率変調部であっても、容易に、しかも被加工プラスチック材料の表面や内部における任意の部位に精密に制御して形成することができるプラスチック構造体の形成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意検討した結果、被加工プラスチック材料に、減圧雰囲気中、パルス幅が１０-12秒以下のレーザーを照射すると、環境汚染やリサイクルなどの環境問題の発生を抑制又は防止して、プラスチックの表面や内部に誘起構造部を精密に制御して形成できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、１０ｋＰａ〜１Ｐａの減圧雰囲気中、４００〜８００ｎｍの可視光波長領域において１０％以上の透過率を有し、且つ熱可塑性樹脂により構成されている被加工プラスチック材料にレーザーの照射エネルギーが５００ｍＷ以下であり、且つパルス幅１０-12秒以下の超短パルスのレーザーを照射することにより、誘起構造部を有するプラスチック構造体を形成することを特徴とするプラスチック構造体の形成方法である。
【００１０】
本発明では、超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の表面から５〜１５０μｍの深さの部位に結ぶことにより、表面に内部から隆起して独立的に形成されている円錐状ないし釣り鐘状の隆起物を有するプラスチック構造体を形成することができる。また、超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の一方の表面から内部を経由して他方の表面まで、または一方の表面から内部まで走査することにより、貫通孔又は内部に終端する孔を有するプラスチック構造体を形成することができる。さらにまた、超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の内部に結ぶことにより、内部に屈折率変調部を有するプラスチック構造体を形成することができる。
【００１１】
レーザーの照射エネルギーが５００ｍＷ以下であり、且つパルス幅１０-12秒以下の超短パルスのレーザーを、被加工プラスチック材料が設置されている減圧系の外部から照射してもよい。
【００１２】
レーザーの照射エネルギーは、５〜３００ｍＷであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の態様】
以下に、本発明を必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の部材については、同一の符号を付している場合がある。
（プラスチック構造体の形成方法）
本発明では、減圧雰囲気中、被加工プラスチック材料にパルス幅１０-12秒以下の超短パルスのレーザー（「超短パルスレーザー」と称する場合がある）を照射することにより、誘起構造部を有するプラスチック構造体を形成している。図１は、本発明のプラスチック構造体の形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。図１において、１はプラスチック構造体、１１は被加工プラスチック材料、１ａは被加工プラスチック材料１１（又はプラスチック構造体１）の上面、２は誘起構造部、３は減圧容器、３ａは減圧容器３の透明窓、３ｂは減圧容器３の排気口、４はパルス幅が１０-12秒以下である超短パルスレーザー（単に「レーザー」と称する場合がある）、５はレンズ、Ｌはレーザー４の照射方向である。図１では、既に減圧されている減圧容器３内に設置された被加工プラスチック材料１１に、レーザー４を照射することにより、誘起構造部２が形成されている。具体的には、レーザー４を、減圧容器３内に設置した被加工プラスチック材料１１に向けて、透明窓３ａを通して照射方向Ｌの向き（すなわちＺ軸と平行な方向）で、照射している。なお、レーザー４はレンズ５を用いることにより焦点を絞って合わせることができる。また、被加工プラスチック材料１１はシート状の形態を有しており、該被加工プラスチック材料１１の上面はＸ−Ｙ平面と平行な面となっている（Ｚ軸と垂直となっている）。なお、被加工プラスチック材料１１としては、シート状の形態のプラスチック材料を用いているが、如何なる形状のものであってもよい。
【００１４】
また、６はレーザー４の焦点の位置又はその中心位置（「焦点」と称する場合がある）、７はレーザー４の焦点６の移動方向、８はレーザー４の焦点６をライン状に移動させる際のラインである。従って、ライン８は、焦点６の移動方向７と平行又は同一の方向に延びている。ライン８は、焦点６をライン状に移動させる際のラインであるので、焦点６がライン状に移動した軌跡に対応又は相当する。
【００１５】
さらに、ｄは被加工プラスチック材料１１（又はプラスチック構造体１）の表面１ａからレーザー４の焦点６までの距離、Ｔは被加工プラスチック材料１１（又はプラスチック構造体１）の厚さである。従って、距離ｄは、被加工プラスチック材料１１の表面１ａからの深さに相当する。すなわち、ライン８は、被加工プラスチック材料１１の表面１ａからの深さがｄである位置となっている。該距離ｄとしては、特に制限されず、被加工プラスチック材料１１の厚さＴに応じて適宜選択することができ、通常、５〜１５０μｍ程度の範囲から選択される。すなわち、超短パルスのレーザー４を、被加工プラスチック材料１１の表面１ａから、例えば、５〜１５０μｍの深さに焦点を合わせて照射することができる。距離ｄとしては、好ましくは１０〜１２０μｍ、さらに好ましくは２０〜１００μｍ程度である。なお、距離ｄは、もちろん、被加工プラスチック材料１１の厚さＴよりも短く、通常、厚さＴの半分以下であるが、半分を超えていてもよい。
【００１６】
なお、超短パルスのレーザーが同じ照射エネルギーである場合、照射点又は焦点の深さが深くなるほど、照射エネルギーが三次元的に広がる範囲が広くなる。すなわち、照射点又は焦点の深さが深くなるほど、単位体積当たりの照射エネルギーの大きさが小さくなる。
【００１７】
また、レーザー４は、その焦点６を移動方向７の向き（すなわちＹ軸と平行な向き）に、ライン状に移動させながら照射させている。従って、その結果として、焦点６をライン８上をライン状に移動方向７の向きに移動させながら、レーザー４が照射されていることになる。前記移動方向７は、照射方向Ｌに対して垂直な方向であり、且つ被加工プラスチック材料１１の表面１ａに対して平行な方向である。従って、ライン８は、焦点６の移動方向７と平行であり、照射方向Ｌとは垂直となっている。さらに、ライン８は、被加工プラスチック材料１１の表面１ａに対して平行な方向となっている。なお、レーザー４の焦点６を移動方向７にライン状に移動させる際の該焦点６の移動速度としては、特に制限されず、被加工プラスチック材料１１の材質やレーザー４の照射エネルギーの大きさ等に応じて適宜選択することができ、例えば、１０〜１，０００μｍ／秒（好ましくは１００〜８００μｍ／秒）程度の範囲から選択してもよい。なお、前記移動速度をコントロールすることにより、誘起構造部３の大きさ等をコントロールすることも可能である。
【００１８】
また、レーザー４の焦点６の移動方向は、特に制限されず、如何なる方向であってもよい。また、レーザー４の焦点６は、連続的又は間欠的に移動させることもできる。もちろん、レーザー４の焦点６は、移動させなくてもよい。
【００１９】
なお、減圧容器３は、排気口３ｂから排気されて減圧される。レーザー４の照射による加工において、減圧雰囲気中の圧力としては、１０ｋＰａ〜１Ｐａ（好ましくは１００Ｐａ〜１Ｐａ）程度の範囲から選択することができる。減圧容器３としては、容器内を減圧することができる減圧手段を有するものであれば特に制限されない。
【００２０】
また、図１では、レーザー４は、減圧容器３の外部から減圧容器３内に設置されている被加工プラスチック材料１１に照射しているが、レーザー４を含むレーザーシステム系を、減圧容器３内に設置して、減圧容器３内で、レーザー４を被加工プラスチック材料１１に照射することも可能である。なお、被加工プラスチック材料１１が設置されている減圧容器３（減圧系）の外部からレーザー４を照射する場合、減圧容器３の表面のうち少なくともいずれか１つの表面が、全面的に又は部分的に光透過性を有していることが重要である。例えば、図１の減圧容器３は透明窓３ａを有しており、該透明窓３ａを通して、レーザー４を減圧容器３内に設置されている被加工プラスチック材料１１に照射することができる。
【００２１】
本発明では、図１に示されるように、減圧雰囲気下で、被加工プラスチック材料１１にレーザー４を照射することにより、レーザー４のライン８及びその周辺部（近辺部）において、被加工プラスチック材料が誘起されて、誘起構造部２が形成される。このレーザー４の照射に際しては、その焦点６を連続的にライン８上を移動方向７の方向に移動させているので、被加工プラスチック材料１１に誘起構造部３が形成される部位も焦点６の移動に応じて連続的に移動して、移動方向７に延びて誘起構造部が形成された部位からなる誘起構造部３が形成されている。このように、減圧雰囲気中（例えば、１０ｋＰａ〜１Ｐａの減圧雰囲気中）、被加工プラスチック材料１１の表面乃至内部に焦点を結んでレーザー４を照射するという簡単な方法により、容易に且つ優れた作業性で、誘起構造部を有するプラスチック構造体を形成することができる。しかも、誘起構造部は、被加工プラスチック材料の表面や内部における任意の部位に精密に制御して形成することができる。特に、優れた環境性・省資源性で、誘起構造部を有するプラスチック構造体を形成することができ、環境汚染やリサイクルなどの環境問題の発生を抑制又は防止することができる。
【００２２】
本発明では、超短パルスレーザーは、単数で用いてもよく、複数で用いてもよい。すなわち、超短パルスレーザーを照射する際には、１光束で照射する方法や、多光束干渉で照射する方法を採用することができる。ここで、多光束干渉で照射する方法とは、複数のレーザーを多方向から照射して、その交点又はその近傍に誘起構造部を形成するような光の干渉を利用して照射する方法を意味しており、一光束で照射する方法とは、前記のような光の干渉を利用せずに、単一のレーザー（単光源）で照射する方法を意味している。例えば、２光束干渉でレーザーを照射する方法としては、２台のレーザーを用いて照射する方法や、ビームスプリッター（例えば、ハーフミラー、プリズム、グレーティングなど）を用いて１台のレーザーによる光を分光して照射する方法などを採用することができる。
【００２３】
本発明において、誘起構造部の形状としては、特に制限されず、例えば、円柱状、楕円柱状、円錐状、釣り鐘状、棚状、球状、直方体状、立方体状などの形状を含む種々の形状が挙げられる。なお、誘起構造部の形状が、球状、直方体状や立方体状の場合は、通常、超短パルスレーザーの照射点に直接的に各誘起構造部が独立して形成された形態となっており、一方、円柱状、楕円柱状、円錐状、釣り鐘状や棚状の場合は、通常、超短パルスレーザーの照射点が移動した方向に誘起された部位が連続的に形成されている形態となっている。
【００２４】
本発明では、例えば、図１で示されるように、誘起構造部は、超短パルスレーザーの焦点の位置を起点にし、照射方向側に構造の変化等により形成された誘起構造部位が、焦点位置の移動方向（長手方向）に向かって連続して形成されているような状態又は形態として作製することができる。具体的には、焦点位置を照射方向に垂直な方向にライン状（直線的）に移動させた場合、長手方向に対する垂直断面形状が、焦点位置を起点として（すなわち、上端として）、照射方向に延びた又は拡がるような略楕円形状又は略長方形状となり、該長手方向に対する垂直断面形状が焦点の移動方向（長手方向）に連続して形成されたような誘起構造部を形成することができる。
【００２５】
また、本発明では、レーザーの焦点位置は、二次元的や三次元的にも移動させることができるので、二次元的や三次元的な構造を有する誘起構造部を形成することもできる。
【００２６】
本発明では、誘起構造部としては、例えば、構造の変化による構造変化部であってもよく、また孔（空洞部）が形成されることによる孔であってもよく、さらにまた被加工プラスチック材料の表面にプラスチック内部から隆起して独立的に形成されている円錐状ないし釣り鐘状の隆起物であってもよい。特に、減圧下でレーザーの照射を行って加工しているので、精密に制御された誘起構造部を形成することができる。具体的には、例えば、誘起構造部が構造変化部である場合、そのメカニズムは未だ明らかでないが、空洞やクラック、溶融・再固化物が生じる場合が減少する。また、誘起構造部が孔である場合は、アブレーションにより生じたガスが被加工プラスチック材料の外部に半強制的に除去されるためか、ススや溶融物等の残存不要物の少ない孔が形成できる。さらにまた、誘起構造部が隆起物である場合は、隆起のエネルギーの閾値が低くなったためか、小さなエネルギーで大きな構造の隆起物を形成できる。なお、構造変化部や孔は、二次元的のみならず、三次元的にも任意に形成することができる。
【００２７】
前記誘起構造部が構造変化部である場合、超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の内部（例えば、被加工プラスチック材料１１の上面１ａから１０μｍ以上且つ下面から５０μｍ以上の距離を有する位置等）に結び、必要に応じてその焦点を移動させながら照射することにより、内部に構造変化部を有するプラスチック構造体を形成することができる。構造変化部における構造の変化としては、相分離（例えば、結晶化などによる相転移など）による構造の変化が主として挙げられるが、その他に、熱溶融・冷却による構造の変化、架橋反応や硬化反応による構造の変化、分解反応による構造の変化などの物理的及び／又は化学的な構造の変化が挙げられる。なお、構造の変化としては、前記例示の構造の変化は、複数組み合わされていてもよく、例えば、相分離による構造の変化とともに、他の形態による構造の変化が併用されていてもよい。また、構造の変化の程度は、均一であってもよく、不均一であってもよい。従って、誘起構造部は、変化した程度が均一的であるように構造が変化して形成されているような構成であってもよく、また、誘起構造が形成されていない誘起構造未形成部側の端部から内部又は焦点位置若しくはその中心に向かって、変化した程度が徐々に連続的に増加するように構造が変化して形成されているような構成であってもよい。従って、誘起構造部と、誘起構造未形成部との界面（又は境界）は、明瞭又は不明瞭となっていてもよい。このような構造変化部としては、構造の変化により屈折率が変調された屈折率変調部が好適である。
【００２８】
誘起構造部が孔である場合、例えば、被加工プラスチック材料の外気（例えば、減圧系内における空気など）と接触する面（表面）から焦点を合わせて、内部に向かって移動させながら照射することにより、孔を有するプラスチック構造体を形成する方法を採用することができる。このように表面から焦点を合わせると、焦点が合わせられた部位が気化して除去されて、孔が形成されると推察される。具体的には、超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の一方の表面から内部を経由して他方の表面まで走査することにより、貫通孔を有するプラスチック構造体を形成することができる。また、超短パルスのレーザーの焦点を被加工プラスチック材料の一方の表面から内部まで走査することにより、内部に終端する孔を有するプラスチック構造体を形成することができる。
【００２９】
誘起構造部が被加工プラスチック材料の内部から隆起して独立的に形成されている円錐状ないし釣り鐘状の隆起物である場合、その形成方法としては、被加工プラスチック材料の表面に前記隆起物を被加工プラスチック材料の内部から隆起させる形成方法であれば特に限定されないが、被加工プラスチック材料の表面から、例えば、５〜１５０μｍ（好ましくは１０〜１２０μｍ、さらに好ましくは２０〜１００μｍ）程度の深さの部位にレーザーの焦点を結び、必要に応じてその焦点を移動させながら照射することにより、表面に内部から隆起して独立的に形成されている円錐状ないし釣り鐘状の隆起物を有するプラスチック構造体を形成する方法が好適である。
【００３０】
本発明では、１つのプラスチック構造体において形成されている誘起構造部の数は、特に制限されず、単数であってもよく、複数であってもよい。内部に複数の誘起構造部が形成されているプラスチック構造体では、適度な間隔を隔てて誘起構造部を積層したような積層構造とすることも可能である。１つのプラスチック構造体が内部に複数の誘起構造部を有している場合、誘起構造部間の間隔は、任意に選択することができる。前記誘起構造部間の間隔は、５μｍ以上であることが好ましい。プラスチック構造体内部の誘起構造部間の間隔が５μｍ未満であると、誘起構造部の作製時に誘起構造部同士が融合して、独立した複数の誘起構造部とすることができない場合がある。
【００３１】
本発明では、誘起構造部の大きさ、形状、構造の変化の程度などは、減圧時の圧力の他、レーザーの照射時間、レーザーの焦点位置の移動方向やその速度、被加工プラスチック材料の材質の種類、レーザーのパルス幅の大きさや照射エネルギーの大きさ、レーザーの焦点を調整するためのレンズの開口数や倍率などにより適宜調整することができる。
【００３２】
このように、超短パルスレーザーを、その焦点をレンズを利用して絞って合わせて、被加工プラスチック材料の任意の部位（又は箇所）に照射し、必要に応じて前記レーザーの焦点位置（又は照射位置）を移動させることにより、誘起構造部を任意の部位（特に内部の部位）に設けることができる。前記レーザーの焦点位置の移動は、レーザー及びレンズと、被加工プラスチック材料との相対位置を動かせることにより、例えば、レーザー及びレンズ、及び／又は被加工プラスチック材料を移動させることにより、行うことができる。具体的には、例えば、２次元又は３次元の方向に精密に動かすことができるステージ（ＸＹＺステージ）上に被加工プラスチック材料（照射サンプル）又は該被加工プラスチック材料が設置されている減圧容器を設置し、超短パルスレーザー発生装置及びレンズを前記被加工プラスチック材料に対して焦点が合うよう（任意の部位でよい）に固定し、前記ステージを動かせて焦点位置を移動させることにより、被加工プラスチック材料の任意の部位に、目的とする形状の誘起構造部を作製することができる。なお、前記ステージの移動速度、移動方向や移動時間などをコントロールすることにより、レーザーの照射を２又は３次元的な連続性を持って任意に行うことができる。
【００３３】
なお、具体的には、例えば、被加工プラスチック材料に超短パルスレーザーが照射されると、被加工プラスチック材料におけるレーザーが照射された照射部と、該照射部の近辺部とは、プラズマ発生など化学的・物理的作用を受けながら、局部的に高温状態となり、その後、照射の終了や、照射部の移動（例えば、二次元的な移動や三次元的な移動）に伴い、照射されていた照射部及びその近辺部は、通常は、常温に戻される。この照射により、任意の部位に誘起構造が形成された誘起構造部が形成される。
【００３４】
本発明では、例えば、プラスチック構造体がその内部に誘起構造部として屈折率変調部などの構造変化部を有している場合、該構造変化部の大きさとしては、直径又は１辺の長さが１ｍｍ以下（好ましくは５００μｍ以下）であってもよい。また、プラスチック構造体が誘起構造部として孔を有している場合、該孔の径（又は幅）としては、例えば、０．１〜１０００μｍ、好ましくは０．１〜１００μｍ、さらに好ましくは０．５〜３０μｍ程度の範囲から選択することができる。このように、誘起構造部としての構造変化部や孔の大きさが極めて小さくても、レーザーとして超短パルスレーザーを用いて減圧雰囲気中で照射することにより、精密に誘起構造部を制御して作製することができる。また、プラスチック構造体がその表面に誘起構造部として隆起物を有している場合、隆起物の円錐や釣り鐘の底面の直径は０．３〜３０μｍ（好ましくは１〜２０μｍ）程度であり、高さは０．１〜１０μｍ（好ましくは０．５〜８μｍ）程度であってもよい。なお、隆起物の間隔（底面の円の中心間距離）は、底面の直径と同じかそれ以上（例えば、直径〜直径の１０倍程度、好ましくは、直径〜直径の５倍程度）であることが好ましい。
【００３５】
［被加工プラスチック材料］
被加工プラスチック材料は、有機系高分子や無機系高分子などの各種ポリマー成分により構成されている。ポリマー成分は単独で又は２種以上組み合わせられていてもよい。前記有機系高分子としては、熱可塑性樹脂、なかでも２つ以上のガラス転移温度（ガラス転移点）を有する熱可塑性樹脂材料を好適に用いることができる。被加工プラスチック材料がこのような２つ以上のガラス転移温度（ガラス転移点）を有する熱可塑性樹脂材料であると、超短パルスレーザーの照射により相分離が生じて、構造が変化した誘起構造部を形成することができる。２つ以上のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂材料には、熱的な運動性が異なったお互いに相溶性のない２つ以上の成分を含んで構成された材料系が含まれる。このような材料系としては、２つ以上の異種材料のブレンド物（例えば、２種以上のホモポリマー及び／又はランダム共重合体のブレンド物、２種以上のブロック共重合体のブレンド物など）、２つ以上の異種成分から構成されたブロック共重合体などが挙げられる。
【００３６】
なお、超短パルスレーザーによるレーザー加工を円滑に行うためには、被加工プラスチック材料としては、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光波長領域において、１０％以上（好ましくは５０％以上、さらに好ましくは８５％以上）の光透過性を有するものが望ましい。上記波長領域で著しい光吸収や散乱を起こす着色したプラスチックや散乱粒子を多量に含むプラスチックは望ましくない。被加工プラスチック材料は単層又は多層のいずれの状態であってもよい。
【００３７】
より具体的には、被加工プラスチック材料としては、例えば、ポリイソプレンやポリブタジエンなどのポリジエン類；ポリイソブチレンなどのポリアルケン類；ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチルなどのポリアクリル酸エステル類；ポリブトオキシメチレンなどのポリビニルエステル類；ポリウレタン類；ポリシロキサン類；ポリサルファイド類；ポリフォスファゼン類；ポリトリアジン類；ポリカーボラン類；ポリカーボネート（ＰＣ）；ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのメタクリレート系樹脂；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル系樹脂；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）（ポリエーテルサルホン）；ポリノルボルネン；エポキシ系樹脂；ポリアリール；ポリイミド；ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）；ポリアミドイミド；ポリエステルイミド；ポリアミド；ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）などのスチレン系樹脂；ポリフェニレンエーテルなどのポリアリーレンエーテル；ポリアリレート；ポリアセタール；ポリフェニレンスルフィド；ポリスルホン（ポリサルホン）；ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなどのポリエーテルケトン類などが挙げられる。
【００３８】
また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やフッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂等のフッ素系樹脂を用いることもできる。
【００３９】
さらにまた、ポリシラン等のケイ素−ケイ素結合を有する主鎖から構成されているポリシラン系ポリマーが配合されていても良い。具体的には、ポリシラン系ポリマーとしては、例えば、ポリ（ジメチルシラン）、ポリ（メチルエチルシラン）等のポリ（アルキルアルキルシラン）；ポリ（メチルシクロヘキシルシラン）等のポリ（アルキルシクロアルキルシラン）；ポリ（メチルフェニルシラン）等のポリ（アルキルアリールシラン）；ポリ（ジフェニルシラン）等のポリ（アリールアリールシラン）；ポリフェニルシリン、ポリメチルシリン等のケイ素原子の３次元構造を有する（ケイ素原子が３次元的に結合された構造を有する）ケイ素原子含有ポリマーなどのホモポリマーや、ポリ（ジメチルシラン−メチルシクロヘキシルシラン）、ポリ（ジメチルシラン−メチルフェニルシラン）などのコポリマーなどが挙げられる。
【００４０】
なお、本発明では、ポリマー材料は単独で又は２種以上組み合わせて使用することができる。また、無機化合物や金属化合物などの他の材料を分散状態で含んだ複合体や他の材料を層状の状態で含んだ積層体であってもよい。さらにまた、必要に応じて架橋剤、滑剤、静電防止剤、可塑剤、分散剤、安定剤、界面活性剤、無機あるいは有機の充填剤など含有していてもよい。
【００４１】
（レーザー）
超短パルスレーザーとしては、パルス幅が１０-12秒以下であれば特に制限されず、パルス幅が１０-15秒のオーダーのパルスレーザーを好適に用いることができる。パルス幅が１０-15秒のオーダーであるパルスレーザーには、パルス幅が１×１０-15秒〜１×１０-12秒であるパルスレーザーが含まれる。より具体的には、超短パルスレーザーとしては、パルス幅が１０×１０-15秒〜５００×１０-15秒（好ましくは５０×１０-15秒〜３００×１０-15秒）程度であるパルスレーザーが好適である。
【００４２】
パルス幅が１０-12秒以下である超短パルスレーザーは、例えば、チタン・サファイア結晶を媒質とするレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得ることができる。
【００４３】
超短パルスレーザーにおいて、その波長としては、例えば、可視光の波長領域（例えば、４００〜８００ｎｍ）であることが好ましい。また、超短パルスレーザーにおいて、その繰り返しとしては、例えば、１Ｈｚ〜８０ＭＨｚの範囲から選択することができ、通常、１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚ程度である。
【００４４】
なお、超短パルスレーザーの平均出力又は照射エネルギーとしては、特に制限されず、目的とする誘起構造部の大きさ等に応じて適宜選択することができ、例えば、５００ｍＷ以下（例えば、１〜５００ｍＷ）、好ましくは５〜３００ｍＷ、さらに好ましくは１０〜１００ｍＷ程度の範囲から選択することができる。前述のように、被加工プラスチック材料は、無機ガラス材料に比べて熱伝導性やガラス転移温度が低く、無機ガラス材料と同じような励起構造を形成するのに必要な超短パルスレーザーの照射エネルギーとしては、無機ガラス材料に必要な照射エネルギーの１／１０〜１／１００程度に低くすることができる。
【００４５】
また、超短パルスレーザーの照射スポット径としては、特に制限されず、目的とする誘起構造部の大きさやその誘起構造の種類又は該誘起された構造の程度、レンズの大きさや開口数又は倍率などに応じて適宜選択することができ、例えば、０．１〜１０μｍ程度の範囲から選択することができる。
【００４６】
なお、被加工プラスチック材料に対して内部における単位体積当たりに照射されるエネルギーは、超短パルスレーザーの照射エネルギー、超短パルスレーザーの焦点の移動速度、焦点の深さ（照射の位置）、焦点の絞り（対物レンズの開口数）などを調整することによりコントロールすることができ、その結果として形成される誘起構造部の形状などをコントロールすることができる。
【００４７】
なお、レンズは、レーザーの光線の焦点を絞って合わせるために用いている。従って、レーザーの焦点を絞って合わせる必要が無い場合は、レンズを用いる必要はない。レンズの開口数（ＮＡ）は、特に制限されず、対物レンズの倍率に応じて変更することができ、通常は、倍率としては１０〜５０倍、開口数としては０．３〜０．８程度の範囲から選択される。
【００４８】
［誘起構造部を有するプラスチック構造体］
本発明におけるプラスチック構造体は、その表面又は内部に誘起構造部を有している。プラスチック構造体は、拡散板や散乱素子などの光機能部材；精密な空間や流路などの形成用スペーサー機能を利用したマイクロマシーンやセンサー；電気的探針；バイオ機器；マイクロリアクターチップ；埋め込み型人工臓器などの高機能なレーザー加工品の他、回折格子（透過型回折格子など）、光導波路などとして好適に利用することができる。
【００４９】
本発明では、プラスチック構造体は、そのままプラスチック部材として用いてもよく、他の部材と組み合わせて用いてもよい。プラスチック構造体には、任意の加工や処理を施すことができ、例えば、延伸や収縮などの加工処理や、さらに必要に応じて後処理を行うこともできる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の誘起構造部を有するプラスチック構造体の形成方法によれば、優れた環境性・省資源性で、かつ被加工プラスチック材料の表面や内部に誘起構造部を精密に形成させることができる。さらに、誘起構造部が隆起物、孔や屈折率変調部であっても、容易に、しかも被加工プラスチック材料の表面や内部における任意の部位に精密に制御して形成することができる
【００５１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
（実施例１）
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）シート（厚さ３．０ｍｍ、ガラス転移温度１０５℃）を１０Ｐａの減圧容器内に設置した。該ＰＭＭＡシートの上面から深さが約５μｍである内部の位置を焦点にして、チタン・サファイア・フェムト秒パルスレーザー装置及び対物レンズ（倍率：１０倍）を使用して、超短パルスレーザー（照射波長：８００ｎｍ、パルス幅：１５０×１０-15秒、繰り返し：２００ｋＨｚ）を、照射エネルギー（平均出力）：７ｍＷ、照射スポット径：約３μｍの条件で、ＰＭＭＡシートを照射方向に垂直な方向に移動速度：約２５μｍ／秒で移動させながら、減圧容器の外部から減圧容器の上面の透明窓を通して照射したところ、ＰＭＭＡシートの内部における超短パルスレーザーの焦点を合わせ始めた位置から焦点を合わせ終えた位置にかけての上面側の表面に、円錐状の隆起物（隆起物の底面の直径７．６μｍ、隆起物の高さ８．７μｍ）が形成された。
【００５２】
（比較例１）
大気圧下で照射を行うこと以外は実施例１と同じ条件で照射したところ、円錐状の隆起物（隆起物の底面の直径８．２μｍ、隆起物の高さ２．８μｍ）が形成された。
【００５３】
（実施例２）
ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）シート（厚さ０．５ｍｍ）を１０Ｐａの減圧容器内に設置した。該ＰＥＩシートの下面より下側の外部に焦点を合わせて、チタン・サファイア・フェムト秒パルスレーザー装置及び対物レンズ（倍率：２０倍）を使用して、超短パルスレーザー（照射波長：８００ｎｍ、パルス幅：１５０×１０-15秒、繰り返し：２００ｋＨｚ）を、照射エネルギー（平均出力）：７５ｍＷ、照射スポット径：約３μｍの条件で、減圧容器の外部から減圧容器の上面の透明窓を通して照射し始め、さらに、照射方向に対して平行に対物レンズ側に移動速度１００μｍ／秒の条件でＰＥＩシートを移動させて、焦点の位置をＰＥＩシートの下面の外部から上面の外部まで対物レンズ側に上昇させたところ、ＰＥＩシートの下面における超短パルスレーザーの焦点を合わせ始めた位置から、ＰＥＩシートの上面における超短パルスレーザーの焦点を合わせ終えた位置にかけて、貫通孔（孔の径約３μｍ）が形成された。
【００５４】
（比較例２）
大気圧下で照射を行うこと以外は実施例２と同じ条件で照射したところ、約３μｍの径を有する貫通孔が形成されたが、孔内にはススや溶融物が充満していた。
【００５５】
（実施例３）
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート（厚さ１．０ｍｍ）を１００Ｐａの減圧容器内に設置した。該ＰＥＴシートの上面から深さが約３０μｍである内部の位置を焦点にして、チタン・サファイア・フェムト秒パルスレーザー装置及び対物レンズ（倍率：１０倍）を使用して、超短パルスレーザー（照射波長：８００ｎｍ、パルス幅：１５０×１０-15秒、繰り返し：２００ｋＨｚ）を、照射エネルギー（平均出力）：２７ｍＷ、照射スポット径：約３μｍの条件で、ＰＥＴシートを照射方向に垂直な方向に移動速度：約２５μｍ／秒で移動させながら、減圧容器の外部から減圧容器の上面の透明窓を通して照射したところ、ＰＥＴシートの内部における超短パルスレーザーの焦点を合わせ始めた位置から、焦点を合わせ終えた位置にかけての内部に、屈折率が変調された屈折率変調部が形成された。なお、該屈折率変調部には、ボイドや亀裂等のクラックなどは形成されていなかった。
【００５６】
（比較例３）
大気圧下で照射を行うこと以外は実施例３と同じ条件で照射したところ、約０．３〜０．６μｍの大きさ（サイズ）の微小なボイドが屈折率変調部に形成していた。
【００５７】
なお、パルスレーザーを照射した各サンプルの評価では、光干渉顕微鏡（菱化システム社製）および反射型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立製作所社製）により、表面並びに断面の形態及び形状の観察を行った。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラスチック構造体の形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。
【符号の説明】
１    プラスチック構造体
１１  被加工プラスチック材料
１ａ  被加工プラスチック材料１１（又はプラスチック構造体１）の上面
２    誘起構造部
３    減圧容器
３ａ  減圧容器３の透明窓
３ｂ  減圧容器３の排気口
４    パルス幅が１０-12秒以下である超短パルスレーザー
５    レンズ
Ｌ    レーザー４の照射方向
６    レーザー４の焦点の位置又はその中心位置
７    レーザー４の焦点６の移動方向
８    レーザー４の焦点６をライン状に移動させる際のライン
ｄ    被加工プラスチック材料１１（又はプラスチック構造体１）の表面１ａからレーザー４の焦点６までの距離
Ｔ    被加工プラスチック材料１１（又はプラスチック構造体１）の厚さ
【図１】
0003976584.tif 000002