JP2010105270A - 樹脂成形品の製造装置及び樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素気体の高圧を維持しながら駆動させるための複雑な駆動装置を用いずに、短時間で、樹脂成形体表面に微細な凹凸パターンが形成された金型転写面を高精度に転写できる樹脂成形品を製造する製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】第１密閉槽６内に、転写面３を有する金型２と前記転写面が転写される樹脂成形体１０１を保持する樹脂成形体保持部９を収容させ、中間壁５を貫通して移動する可動部材８を配設し、可動部材８を金型２の転写面３に向かって押圧する押圧部８ｂを第２密閉槽７内に移動可能に配設した。第１及び第２の２つの密閉槽６，７内に二酸化炭素気体を供給し、第１密閉槽内６で、樹脂成形体１０１の表面を二酸化炭素気体で可塑化するとともに、第１及び第２密閉槽内６，７の二酸化炭素気体の圧力を調整することで、可動部材８を動かし、樹脂成形体１０１を金型転写面３に押圧させ、その後剥離するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、高精度な転写面を有する樹脂成形品を製造するのに好適な製造装置及び製造方法に係り、特に、表面に高精度な光学鏡面や微細パターンを有する光学素子として好適な樹脂成形品を製造するのに好適な樹脂成形品の製造装置及び製造方法に関する。

樹脂成形品の製造方法としては、一般的に射出成形法が用いられている。射出成形法は、溶融した樹脂を、その軟化温度以下の温度に加熱維持された金型のキャビティ内に充填して、固化させるといった方法である。この方法によれば、キャビティ内に樹脂を充填した直後に冷却固化が始まり、非常に速い成形サイクルで、３次元形状の成形品を作製することができる。しかし、この場合、樹脂がキャビティ内に充填された直後に冷却され、固化層が形成されるために、特に回折レンズや導光板のように表面に微細な凹凸パターンを有する成形品においては、樹脂がその微細な凹凸パターンに充填する前に固化してしまい、樹脂成形品に微細な凹凸パターンを精度良く形成することができないという問題が生じる。

他の樹脂成形品の製造方法としては、上述した微細パターンを樹脂表面に転写する方法があり、この転写方法として熱インプリント法が知られている。これは、樹脂をその軟化温度以上に加熱して、微細パターンが形成された金型の転写面を押圧し、樹脂表面に転写し、その後軟化温度以下まで冷却して成形品を転写面から離型する方法である。この場合は、押圧時に樹脂はその軟化温度以上に加熱されているため、微細パターンを精度良く樹脂表面に転写することが可能となるが、樹脂の加熱及び冷却の工程が必要であり、非常に成形時間が長くなるといった問題がある。

このような問題点に対して、近年では二酸化炭素気体を成形加工に応用する試みが複数なされている。二酸化炭素気体のような不活性ガスを高圧にして樹脂中に溶解させると、樹脂が可塑化され、その軟化温度が低下することが知られており、この性質を応用して微細な凹凸パターンを樹脂表面に形成する試みがなされている。

例えば、特許文献１には、金型キャビティ内に予め二酸化炭素気体を充填し、その後金型キャビティ内に樹脂を充填して射出成形する方法が提案されている。この場合は、金型キャビティ内に充填された二酸化炭素気体によって、キャビティ内の樹脂の軟化温度が低下し、それにつれて樹脂の粘度が低下し、金型の微細パターン（転写面）への充填が促進されて樹脂表面に精度よく微細パターンを形成することが可能となる。しかしながら、樹脂の流動を伴って二酸化炭素気体が溶解されるため、樹脂の流動が不安定になり、それに伴う外観不良が成形品に生じる。また、高圧二酸化炭素気体で加圧されたキャビティ内に樹脂を充填するために、成形品の未充填といった問題が生じ易くなる。

一方、上記のような問題を解消するために、特許文献２においては、金型のキャビティ内に樹脂を充填して樹脂成形体を形成した後に、金型の転写面と樹脂成形体表面のスキン層の間に隙間を形成し、この隙間に二酸化炭素気体を注入してスキン層を可塑化し、再度保圧を高めて可塑化されたスキン層と転写面を再密着させ、転写面の微細凹凸パターンを精度良く転写させることが提案されている。この方法では、樹脂の流動を伴わずに二酸化炭素気体をスキン層に溶解させることができるため、上述のような流動に伴う外観不良等を低減させることができる。しかしながら、この方法では、金型の転写面と樹脂成形体表面のスキン層の間に隙間を形成し、その後、転写面を再密着させるために転写面周囲に可動部が必要となり、気密性を保つことが難しく、可動部からの二酸化炭素気体のリーク等の問題が生じ、安定して、高圧ガスを注入することができない。さらに、樹脂流動後に保圧によって圧力を負荷させると、樹脂の流入口であるゲート部近傍のみに応力が集中し、転写面に均一に圧力を負可させることができないといった問題が生じる。

また、特許文献２記載の方法による問題点を改善するために、特許文献３に示すように、樹脂母材シートを金型に形成された転写面に押し付けるためのトグル式プレス駆動部を使用し、密閉された金型キャビティ内に二酸化炭素気体を注入して樹脂母材シート表面を可塑化し、次いでプレス駆動部によって金型転写面に樹脂母材シートを押し付けて転写面の微細パターンを樹脂母材シート表面に転写させることが提案されている。この場合は、樹脂母材シートに二酸化炭素気体を含浸させることで可塑化が促進されるため、従来の熱インプリント法のように、樹脂や金型を高温に加熱せずに低温で微細パターンを転写することができるため、成形時間の短縮が期待できる。しかしながら、高圧ガスに耐えるだけの密閉金型キャビティ内に、樹脂母材シートを金型に形成された転写面に押し付けるためのトグル式プレス駆動部が必要であり、しかも、高圧を維持するために、その密閉性を確保したまま駆動させる必要があるために装置が複雑かつ高価となるといった問題が生じる。

特許第３０９６９０４号公報 特許第３４４５７７８号公報 特開２００６−１７５７５５号公報

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、二酸化炭素気体の高圧を維持しながら駆動させるための複雑な駆動装置を用いずに、短時間で、樹脂成形体表面に微細な凹凸パターンが形成された金型転写面を高精度に転写できる樹脂成形品を製造する製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも１つ以上の転写面を有する金型と、前記金型の転写面に対向して配設されかつ前記金型の転写面が転写される樹脂成形体を保持する樹脂成形体保持部とを収容する第１密閉槽と、前記樹脂成形体保持部を一端に有し、前記樹脂成形体保持部を前記金型の転写面に対して移動可能に取り付けられる可動部材と、前記可動部材の一端と反対側の他端である押圧部を前記金型の転写面に向けて押圧する押圧手段と、前記第１密閉槽内に前記樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素気体を供給する供給口と前記二酸化炭素気体を第１密閉槽から排出する排出口とを有する樹脂成形品の製造装置であって、
前記可動部材の他端は、前記第１密閉槽と中間壁を介して連結された第２密閉槽内に収容され、
前記可動部材の前記樹脂成形体保持部と前記押圧部との間の中間部は、前記中間壁を貫通して移動可能に前記中間壁に取り付けられ、
前記押圧手段は、前記第２密閉槽内に供給される気体の圧力によって前記可動部材の前記押圧部を押圧して前記可動部材を移動させる押圧手段であり、
前記可動部材を移動させて前記樹脂成形体保持部上に保持された樹脂成形体の表面に前記金型の転写面を転写して樹脂成形品を製造することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１記載の樹脂成形品の製造装置において、
前記第２密閉槽に供給される気体は、二酸化炭素気体であり、前記第１密閉槽に供給される二酸化炭素気体と等圧の二酸化炭素気体を供給して前記樹脂成形体に二酸化炭素気体を含浸させることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載の樹脂成形品の製造装置において、
前記第１密閉槽に供給される二酸化炭素気体のガス圧をＰ１、前記第２密閉槽に供給される気体のガス圧をＰ２としたとき、Ｐ２＞Ｐ１とすることによって前記可動部材の前記押圧部を押圧して、前記金型の転写面に前記樹脂成形体を押圧し、Ｐ２＜Ｐ１とすることによって前記金型の転写面から樹脂成形体を離間、剥離するように前記可動部材を移動させることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置において、
前記可動部材における前記樹脂成形体保持部の樹脂成形体保持面の面積をＳ１、前記可動部材における前記押圧部の被押圧面の面積をＳ２としたときに、Ｓ１とＳ２の関係が、Ｓ１＜Ｓ２であることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置において、
前記中間壁と前記可動部材の押圧部との間に、弾性部材を配設し、前記第２密閉槽内に気体を供給して前記可動部材の押圧部を前記金型の転写面に向けて移動させたときに、当該弾性部材を押圧し、及び前記第２密閉槽内の気体の圧力を減圧したときに、前記弾性部材の弾性回復力によって、前記可動部材の樹脂成形体保持部上の樹脂成形体を前記金型の転写面から剥離させることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置において、
前記第１密閉槽と前記第２密閉槽にそれぞれ各槽内温度を制御する第１及び第２温度制御装置を備え、前記第１密閉槽と前記第２密閉槽に等圧の気体が供給された場合に、前記第１密閉槽の槽内温度Ｔ１、前記第２密閉槽の槽内温度Ｔ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２となるように、前記第１及び第２温度制御装置を制御して前記第２密閉槽内の気体の膨張に伴って前記可動部材を移動させて前記可動部材の樹脂成形体保持部上の樹脂成形体を前記金型の転写面に押圧させて前記金型の転写面を当該樹脂成形体表面に転写させることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置において、
前記中間壁は、断熱部材で形成されていることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、少なくとも１つ以上の転写面を有する金型と樹脂成形体とを収容する第１密閉槽内に二酸化炭素気体を供給して前記樹脂成形体に前記二酸化炭素気体を含浸させ、その後、前記金型の転写面に前記樹脂成形体表面を押圧して、前記転写面を前記樹脂成形体の表面に転写する樹脂成形品の製造方法において、
請求項１乃至７のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置を使用し、
前記第２密閉槽内に気体を供給して前記可動部材を前記金型の転写面に向かって移動させ、前記可動部材の樹脂成形体保持部上の樹脂成形体を前記金型の転写面に押圧させて前記転写面を前記樹脂成形体の表面に転写したのち、前記第２密閉槽内の気体を減圧させて、前記可動部材を前記金型の転写面から離間する方向に移動させて、前記樹脂成形体を前記転写面から剥離することを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項８記載の樹脂成形品の製造方法において、
前記金型の転写面を前記樹脂成形体の表面に転写する工程から前記金型の転写面から前記樹脂成形体を剥離する工程の間、前記第１密閉槽の槽内温度を一定温度に維持していることを特徴とする。

本発明によれば、可動部材の他端（押圧部）は、第１密閉槽と中間壁を介して連結された第２密閉槽内に収容され、前記可動部材の中間部は、前記中間壁を貫通して移動可能に前記中間壁に取り付けられ、押圧手段は、前記第２密閉槽内に供給される気体の圧力によって前記可動部材の他端（押圧部）を押圧して前記可動部材を移動させる押圧手段であり、前記可動部材を移動させて前記樹脂成形体保持部上に保持された樹脂成形体の表面に前記金型の転写面を転写して樹脂成形品を製造することによって、二酸化炭素気体の高圧を維持しながら駆動させるための複雑な駆動装置を用いずに、短時間で、樹脂成形体表面に微細な凹凸パターンが形成された金型転写面を高精度に転写できる樹脂成形品を製造する製造装置及び製造方法を提供することができる。

本発明者は、二酸化炭素気体を樹脂中に溶解させることによって生じる可塑化効果を利用して微細な凹凸パターンや光学鏡面等が形成された転写面を樹脂成形体の表面に転写して樹脂成形品を製造する場合、二酸化炭素気体の高圧を維持しながら駆動させるための複雑な駆動装置を用いずに、短時間で、樹脂成形体表面に微細な凹凸パターンが形成された金型転写面を高精度に転写できる樹脂成形品を製造する方法について種々検討を行った。

その結果、密閉容器内に高圧の二酸化炭素気体を注入して樹脂成形体の表面を可塑化して樹脂成形体表面に微細な凹凸パターンが形成された金型転写面を高精度に転写する際に、前記密閉容器を中間壁で第１及び第２の二つの密閉槽に分割し、樹脂成形体を転写面に押圧する可動部材をこれらの第１及び第２の密閉槽内で移動可能にした製造装置とすれば、密閉槽外に二酸化炭素気体をリークする可動部を形成する必要がなく、簡素な構造で確実に高圧を維持することができることに思い立った。

即ち、可動部材は、一端が転写面を有する金型の前記転写面が転写される樹脂成形体を保持する樹脂成形体保持部であり、他端が可動部材を金型の転写面に向かって押圧する押圧部であり、これら樹脂成形体保持部と押圧部とを中央部で結合した構造を有するものである。ここで、樹脂成形体保持部は、転写面を有する金型とともに、第１密閉槽内に配され、押圧部は第２密閉槽内に配され、中央部は前記中間壁を貫通して可動部材が金型の転写面に向かって、又は金型の転写面から離れるように移動できるように配されている。なお、樹脂成形体保持部は第１密閉槽内での移動に限られ、押圧部は第２密閉槽内での移動に限られるものである。

そして、前記第１及び第２の２つの密閉槽内に二酸化炭素気体を供給し、第１密閉槽内で、樹脂成形体保持部に保持された樹脂成形体の表面を二酸化炭素気体で可塑化するとともに、第１及び第２密閉槽内の二酸化炭素気体の圧力を調整することで、可動部材を動かし、樹脂成形体を金型転写面に押圧させ、その後剥離するようにした製造装置とすることによって、二酸化炭素気体の高圧を維持しながら駆動させるための複雑な駆動装置を用いずに、短時間で、樹脂成形体表面に微細な凹凸パターンが形成された金型転写面を高精度に転写できる樹脂成形品を製造することが可能となることを究明し、本発明を完成するに至った。

以下、図面を参照して、本発明による実施形態について説明する。

図１は、本発明による一実施形態で使用する樹脂の構造を示す断面図であり、（ａ）は微細パターン転写前の樹脂成形体を示す図、（ｂ）はパターン転写後の樹脂成型品を示す図である。本実施形態においては、図１（ａ）に示すようなポリメチルメタクリレート樹脂（以下ＰＭＭＡ：軟化温度１０５℃）を成形して得られた厚さ１ｍｍのシート状樹脂成形体１０１を用いた。そして、この樹脂成形体１０１の表面に、ピッチ２μｍ深さ１μｍのＬ＆Ｓ（ラインアンドスペース）パターンが形成された金型転写面を押しつけて、転写させ、図１（ｂ）に示すような樹脂成形体１０１表面に凹凸パターン１０２が転写された樹脂成形品１０３を作製した。なお、ここでは、図１（ａ）に示す転写前の樹脂と、図１（ｂ）に示す転写後の樹脂とを区別するために、金型転写面が未転写のものを樹脂成形体１０１、金型転写面が転写されたものを樹脂成形品１０３と記すこととする。

本発明で使用される樹脂成形体１０１には、図１（ａ）に示されるように、微細パターンが形成されている必要はなく、略最終形状、すなわち微細パターンが転写される部分以外の部分が最終形状であればよい。従って、樹脂成形体１０１の作製においては、特別な工夫なく容易に低コストで作製することができる。更に、樹脂成形体１０１の作製は、微細パターンの転写工程と同時に並行して実施することが可能であり、工程が増えることによる成形サイクルの増加は生じない。

また、本発明においは、樹脂成形体１０１は、上記ＰＭＭＡに限らず任意であり、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を選択することができる。この場合、樹脂成形体１０１は、前記熱可塑性樹脂の単層体、これらの樹脂の異なる材質からなる複数の層で形成されたもの、或いは、硬化性樹脂の表面を前記熱可塑性樹脂で被覆した物等が適当に使用することができる。また、その形状もシート状に限らず、板状、レンズ状等種々の形状を採用することが可能である。

次に、本発明による第１実施形態に係る樹脂成形品の製造装置について、図２及び図３に基づいて説明する。図２は、本発明による第１実施形態に係る樹脂成形品の製造装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態に係る製造装置１は、高圧の二酸化炭素気体雰囲気内で樹脂成形体１０１を金型２表面に形成された微細凹凸パターン（Ｌ＆Ｓパターン）を有する転写面３に押し付け、その後、転写面３から樹脂成形体１０１を剥離させることができる構造となっている。

具体的には、高圧二酸化炭素気体を密閉することが可能な金属製の密閉容器４が用意され、密閉容器４は、金属材料や断熱材料（例えばセラミックス）で形成された中間壁５によって、第１密閉槽６と第２密閉槽７に分割されている。中間壁５の中央部には貫通孔５ａが形成されており、この貫通孔５ａ内にＩ字状の可動部材８の中央部８ａが貫通して、可動部材８が矢印で示すように上下方向に移動可能なように取り付けられている。そして、第１密閉槽６内の可動部材８の一端は樹脂成形体１０１を固定、保持する樹脂成形体保持部９を形成し第１密閉槽６内に収容されている。一方、樹脂成形体保持部９と対向する第１密閉槽６の内壁面６ａには、微細凹凸パターンを有する転写面３を備えた金型２が固定されて第１密閉槽６内に収容されている。

第２密閉槽７内の可動部材８の他端は、平坦な被押圧面８ｂ１を有する押圧部８ｂを形成し第２密閉槽７内に収容されている。そして、押圧部８ｂは、図２に示すように、第２密閉槽７内に供給される二酸化炭素気体のガス圧で矢印方向に移動され、押圧部８ｂの移動に伴い、樹脂成形体保持部９も金型２の転写面３に向かってまた転写面３から離間して移動可能となっている。

第１密閉槽６及び第２密閉槽７には、それぞれ高圧の二酸化炭素気体を供給するための第１供給管１０、第２供給管１１及び二酸化炭素気体を排出するための第１排出管１２、第２排出管１３が接続されている。そして、第１供給管１０、第２供給管１１は１個の増圧装置１４を介して１個の二酸化炭素ボンベ１５に接続されている。また、第１供給管１０及び第２供給管１１には、それぞれ開閉可能な第１供給弁１６、第２供給弁１７が備えられており、第１供給弁１６及び第２供給弁１７の開閉によって、適宜、増圧装置１４によって所定圧力、温度に制御された二酸化炭素気体がそれぞれ第１密閉槽６及び第２密閉槽７内に供給されるようになっている。一方、第１排出管１２、第２排出管１３の取り付け口には、それぞれ第１密閉槽６及び第２密閉槽７内の二酸化炭素気体の減圧速度調整可能な第１減圧弁１８、第２減圧弁１９が備えられていて、第１密閉槽６及び第２密閉槽７内の気体の圧力を一定圧力に維持、もしくは所定速度で減圧できるようになっている。また、第２排出管１３には、第２密閉槽７内の気体を吸引できるような真空吸引装置２０が接続されている。更に、第１密閉槽６及び第２密閉槽７の外周壁部６ｂ，７ｂには、適宜、第１密閉槽６及び第２密閉槽７内の槽内温度をそれぞれ、独立して所定温度に維持可能なような第１温度調節器２１及び第２温度調節器２２が備えられている。本実施形態においては、これらの第１及び第２温度調節器２１、２２としては、カートリッジヒーターを用いている。

本実施形態においては、樹脂成形体１０１及び金型２を第１密閉槽６に配置しているが、第２密閉槽７に配置されていてもかまわない。また、樹脂成形体１０１と金型３の取り付け位置が反転されていてもかまわない。

次に、上記製造装置を使用して樹脂成形品を製造する方法について、図３に基づいて説明する。図３は、本発明による第１実施形態に係る製造装置を使用して樹脂成形品を製造する工程を示す摸式図で、（Ａ）は、第１密閉槽６及び第２密閉槽７内に二酸化炭素気体を供給する工程を示す図である。（Ｂ）は、可動部材８を上昇させて金型の転写面３を樹脂成形体１０１に転写する工程を示す図、（Ｃ）は、樹脂成形体１０１から二酸化炭素気体を放出させて固化させる工程を示す図、（Ｄ）は、金型の転写面３から樹脂成形体１０１を剥離する工程を示す図である。

本発明による一実施形態における樹脂成形品の製造方法においては、次に示す（１）〜（４）の工程順で製造を行っている。

（１）先ず、図３（Ａ）に示すように、第１密閉槽６の上方を開放して可動部材８の一端の樹脂成形体保持部９上に樹脂成形体１０１を固定した後、第１密閉槽６の上方を塞ぎ、次いで、第１密閉槽６及び第２密閉槽７内に、 第１供給弁１６、第２供給弁１７を開放して、所定圧に増圧された二酸化炭素気体を貯蔵している増圧装置１４から高圧の二酸化炭素気体（ＣＯ_２）を注入する。この場合、第１密閉槽６内の圧力：Ｐ１＝第２密閉槽７内の圧力Ｐ２となるように第１供給弁１６、第１供給弁１７で供給量が調整されている。（この場合には、第１供給管１０と第２供給管１１とが増圧装置１４と第１及び第２供給弁１６、１７との間で連結されているので、第１及び第２供給弁１６、１７は、共に全開状態にされている。）このように、第１密閉槽６内の圧力：Ｐ１＝第２密閉槽７内の圧力Ｐ２となっているため、可動部材８は殆んど移動せず、樹脂成形体１０１の表面と金型２の転写面３とは接触していない。その結果、樹脂成形体１０１は、その表面から二酸化炭素気体Ｇが含浸され可塑化される。ここで、第１密閉槽６と第２密閉槽７内の槽内温度Ｔ１、Ｔ２は、予め使用される樹脂成形体１０１樹脂の軟化温度以下の所望温度となるように、温度調節器２１、２２で昇温してある。なお、温度調節器２１及び２２は、独立した別体とすることなく、一体の温度調節器であっても良い。

（２）次に、第１供給弁１６を閉じ、第２供給弁１７のみを開放し、第２密閉槽７内のガス圧力のみ更に増圧する。この時、第１密閉槽６内の圧力：P１＜第２密閉槽７内の圧力：P２となるため、可動部材８は、第２密閉槽７のガス圧Ｐ２で押圧部８ｂが上方に押圧されて第１密閉槽６側に移動（矢印Ａ方向）する。この可動部材８のガス圧による押圧部８ｂの上方への移動に伴い、可動部材８の樹脂成形体保持部９に取り付けられ、表面が二酸化炭素気体によって可塑化された樹脂成形体１０１が金型２の転写面３に当接し、更に、可塑化された樹脂成形体１０１に押圧力が負荷される。その結果、金型の転写面３に形成されたパターンが樹脂成形体１０１表面に転写される。この時、第１密閉槽６内の圧力が一定に維持されるように、第１減圧弁１８で調整されている。

（３）続いて、第１減圧弁１８を開放し、第１密閉槽６内の圧力を大気圧まで減圧させることで、樹脂成形体１０１から二酸化炭素気体Ｇを放出させ、固化させる。この場合に、第２密閉槽７のガス圧Ｐ２が第１密閉槽６のガス圧Ｐ１より高圧となっているため、ガス圧Ｐ２により樹脂成形体１０１が転写面３に押圧するので、樹脂成形体１０１から効果的に二酸化炭素気体Ｇを放出することが可能となる。

（４）さらに、第２減圧弁１９を開放し、真空吸引装置２０で第２密閉槽７内の二酸化炭素気体Ｇを吸引して、第２密閉槽７内の圧力を大気圧以下とする。これによって、第１密閉槽６内の圧力：Ｐ１＞第２密閉槽７内の圧力：Ｐ２となり、可動部材８は、第２密閉槽６側に吸引、移動され（矢印Ｂ）、樹脂成形体１０１を金型の転写面３から剥離する。その後、第１密閉槽６の上部を開放して表面に微細パターン１０２が転写された樹脂成形体１０１を樹脂成形体保持部９から取り出して樹脂成形品１０３（図１（ｂ）参照）を得ることができる。

なお、上述の工程においては、樹脂成形体１０１中への二酸化炭素気体Ｇの溶解、放出によって、樹脂成形体１０１を可塑化、固化させているため、第１密閉槽６と第２密閉槽７内の温度Ｔ１及びＴ２は、工程（１）〜（４）の間で金型２及び樹脂成形体１０１に対して従来のように加熱及び冷却処理を実施する必要はなく、一定温度を維持させているだけでも充分に樹脂成形品１０３を製造することが可能である。従って、上記加熱及び冷却処理を不要とするので、短時間で樹脂成形体１０１の表面に高精度で微細パターンを転写、形成することが可能となる。

因みに、上記実施形態においては、工程（１）では、ガス圧：１０ＭＰａ、温度：４０℃の二酸化炭素気体を第１密閉槽６、第２密閉槽７内の注入し、樹脂成形体１０１中に二酸化炭素気体を溶解させた。なお、この時の第１密閉槽６及び第２密閉槽７内の温度も４０℃になるように、温度調節器２１、２２によって維持させた。

また、工程（２）では、第２密閉槽７のみを１５ＭＰａまで増圧させ、可動部材８を第１密閉槽６の方向（Ａ方向）に移動させ、樹脂成形体１０１を金型の転写面３に約３０秒間押し付けた。この時、第１密閉槽６と第２密閉槽７は容積が変化するが、それに伴う第１密閉槽６内の圧力に変化が生じないように第１減圧弁１８で調節した。一方、第１密閉槽６及び第２密閉槽７の温度は常に４０℃で一定としている。その後、工程（３）にて、第１密閉槽６を大気圧まで減圧させることで、樹脂成形体１０１から二酸化炭素気体を放出し固化させた。次いで、工程（４）にて、第２密閉槽７内の二酸化炭素気体Ｇを真空吸引装置２０で吸引し、第２密閉槽７内のガス圧を大気圧以下に減圧し、可動部材８を第２密閉槽７の方向（矢印Ｂ）に吸引、移動させ、樹脂成形体１０１を金型２の転写面３から剥離させた。この時の転写結果をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定した結果を図４に示す。この結果から明らかなように、金型の転写面３の微細凹凸パターンＡと樹脂成形品１０３の微細凹凸パターンＢは、ほぼ１００％同一パターンとなっており、金型の転写面３に樹脂成形体１０１が隅々まで充填できていることがわかる。

本実施形態においては、樹脂成形体１０１中への二酸化炭素気体の溶解による可塑化効果を利用することによって、樹脂表面に微細な凹凸パターンを精度良く転写させることができた。この場合に、金型温度を使用樹脂の軟化温度以上の高温にすることなく、かつ一定温度（本実施形態では４０℃）での転写が可能であるために、二酸化炭素気体Ｇの溶解、維持、放出、離型の工程（１）から工程（４）までのプロセスの成形時間は５分以下の非常に短時間で転写させることができた。

また、二酸化炭素気体のガス圧を利用しているため、樹脂成形体１０１を金型２の転写面３に押圧するための手段としての特別な駆動装置は不要であり、装置自体をコンパクトな構成で低コストなものとすることができる。また、可動部材８は、密閉容器４内で移動するため、容易に高圧を維持し、密閉性を確保しながら可動部材８を移動させ押圧力を負荷させることができる。押圧時の速度、押圧力は、第１供給弁１６、第２減圧弁１９、第２供給弁１７等で第２密閉槽７内のガス圧力を調整することで、適宜調整することができる。また、ガス圧を用いて可動部材８を移動、押圧させているため、圧力は、金型２の転写面３に対して均一に負荷させることができる。

なお、上記実施形態においては、第２密閉槽７内に供給される気体として、第１密閉槽６内に供給される二酸化炭素気体Ｇを１個の増圧装置１４から分給して使用しているが、第１密閉槽６内に供給される二酸化炭素気体Ｇから独立した増圧装置を使用して二酸化炭素気体Ｇを供給するようにしてもよい。また、第２密閉槽７内に供給される気体として、空気、窒素ガス等の二酸化炭素気体と別種の気体を使用することも可能である。しかしながら、第２密閉槽７内に供給される気体として、第１密閉槽６内に供給される二酸化炭素気体Ｇから分給される二酸化炭素気体Ｇを使用する場合には、可動部材８の中央部８ａと中間壁５の貫通孔５ａとのクリアランスから第２密閉槽７内の気体が第１密閉槽６内にリークしても樹脂成形体１０１に対する二酸化炭素気体による可塑化に悪影響を与えることを抑制することが可能となるので好適である。

上記実施形態においては、第１密閉槽６と第２密閉槽７に、同圧力の二酸化炭素気体を注入し、第１密閉槽６に配置された樹脂成形体１０１に二酸化炭素気体を含浸させることにようにしている。このように、同圧力の二酸化炭素気体を第１密閉槽６と第２密閉槽７に注入することによって、所望のガス圧を維持させ、確実に樹脂成形体１０１を可塑化させることができる。

また、上記実施形態においては、第１密閉槽６内の二酸化炭素気体のガス圧Ｐ１、第２密閉槽７内の二酸化炭素ガス圧Ｐ２としたときに、Ｐ１＜Ｐ２とすることで、可動部材８を第１密閉槽６の方向に移動させ、樹脂成形体１０１と金型の転写面３を接触させ、押圧力を負荷させ、次いで、Ｐ１＞Ｐ２として樹脂成形体１０１と金型の転写面３を剥離させるようにしている。このように、第１密閉槽６と第２密閉槽７内のガス圧を変化させることによって可動部材８を密閉容器４内で移動することとなるため、容易に高圧を維持し、密閉性を確保しながら可動部材８を移動させて樹脂成形体１０１に押圧力を負荷させることができる。

また、上記実施形態においては、樹脂成形体１０１を金型の転写面３に押し付けて転写する工程から樹脂成形体１０１を金型の転写面３から剥離する工程の間、第１及び第２密閉槽６，７の槽内温度は一定温度としている。このように、樹脂成形体１０１に転写面を適切に転写するために従来行われた樹脂成形体１０１及び金型２の加熱及び冷却処理工程を必要としないため、非常に短い成形時間で加工することができる。

以上のように、上記実施形態においては、高圧の二酸化炭素気体を注入可能な密閉容器４を固定された中間壁５で第１密閉槽６と第２密閉槽７とに分割し、第１密閉槽６と第２密閉槽７内の二酸化炭素気体のガス圧力を調整して中間壁５を貫通して配置された可動部材８を移動させ、樹脂成形体１０１を金型の転写面３に押し付けることによって、樹脂成形体１０１の表面に金型の転写面３を転写するようにしている。その結果、樹脂成形体１０１を金型の転写面３に押圧するための手段としての、高価な特殊構造の駆動装置が不要であり、製造装置自体をコンパクトな構成で低コストなものとすることができる。

次に、本発明による第２実施形態に係る樹脂成形品の製造装置について、図５及び図６に基づいて説明する。図５は、本発明による第２実施形態に係る樹脂成形品の製造装置の概略構成を示す断面図である。図６は、本発明による第２実施形態に係る製造装置を使用して樹脂成形品を製造する工程を示す摸式図で、（Ａ）は、第１密閉槽６及び第２密閉槽７内に二酸化炭素気体を供給する工程を示す図である。（Ｂ）は、金型の転写面から樹脂成形体を剥離する工程を示す図である。

この第２実施形態に係る製造装置は、前述の第１実施形態に係る製造装置とは、図５に示すように、可動部材８の樹脂成形体保持部９の保持面９ａの面積Ｓ１と、押圧部８ｂの被押圧面８ｂ１の面積Ｓ２が異なり、Ｓ１＜Ｓ２となるように構成されている点、及び、第２密閉槽７側の中間壁５と可動部材８の押圧部８ｂとの間に中央部に可動部材８の中央部８ａを貫通する貫通孔２３ａを有する弾性部材２３を配設している点で相違する。

このように、可動部材８の樹脂成形体保持部９の保持面９ａの面積Ｓ１と、押圧部８ｂの被押圧面８ｂ１の面積Ｓ２とをＳ１＜Ｓ２とすることによって、図６（Ａ）に示すように、第１密閉槽６と第２密閉槽７に同一の圧力：Ｐの高圧二酸化炭素気体Ｇを注入したときに、Ｓ１に負荷される荷重Ｆ１とＳ２に負荷される荷重Ｆ２は、それぞれＦ１＝Ｐ×Ｓ１、Ｆ２＝Ｐ×Ｓ２となる。即ち、Ｆ１＜Ｆ２となるため、弾性部材２３が圧縮されるとともに、可動部材８を第１密閉槽（６）の方向（Ａ方向）に移動して、可動部材８の樹脂成形体保持部９上に固定された樹脂成形体１０１を金型２に形成された転写面３に押圧して、樹脂成形体１０１の表面に高精度で転写面３を転写することが可能となる。

この場合、可動部材８を第１密閉槽（６）の方向（Ａ方向）に移動することによって、中間壁５と可動部材８の押圧部８ｂとの間に配設された弾性部材２３が中間壁５と可動部材８の押圧部８ｂとで挟圧されて圧縮される。その後、図６（Ｂ）で示すように、第１減圧弁１８、第２減圧弁１９を開放し、第１密閉槽６と第２密閉槽７を大気圧にした場合には、圧縮された弾性部材２３が回復する力によって、可動部材８が第２密閉槽７の方向（Ｂ）に強制移動し、樹脂成形体１０１を金型２に形成された転写面３から適切に剥離させることができる。

このように、この第２実施形態においては、第１密閉槽６と第２密閉槽７の二酸化炭素気体の圧力を個々に制御する必要がなく、同じ圧力でも可動部材８を押圧移動させることが可能となる。さらに弾性部材の回復力によって、適切に剥離動作を実施することができるため、製造装置１を非常に簡素化させ低コストなものとすることができる。また、第１密閉槽６と第２密閉槽７は常に同一の圧力であるため、中間壁５と可動部材８の間の摺動面にクリアランスがあったとしても、第１密閉槽６の圧力を確実に維持することができる。樹脂成形体１０１を金型２に形成された転写面３から剥離する場合においても、弾性部材２３の回復力によって、圧力を制御することなく、減圧するだけで実施することができる。また、本実施形態においては、Ｓ１とＳ２の面積比を変えること、もしくは、弾性部材２３の材質（硬度）を返ることで、押圧力を任意に変えることができる。

因みにこの第２実施形態においては、弾性部材２３として熱硬化性樹脂であるシリコーン樹脂を用いたがこれに限定されるものではない。

次に、本発明による第３実施形態に係る樹脂成形品の製造装置について、図１に基づいて説明する。

この第３実施形態においては、前述の図１で示す製造装置を使用するが、第１密閉槽６と第２密閉槽７は、それぞれ別々に温度制御され温度調節器２１、２２を使用している。そして、第１密閉槽６と第２密閉槽７の槽内温度を異なるように制御して、槽内温度差に基づいて可動部材８を移動させるようにしている。

即ち、この第３実施形態においては、第１密閉槽６と第２密閉槽７に同一圧力の高圧二酸化炭素気体を注入後、温度調節器２１、２２によって、第１密閉槽６内の槽内温度Ｔ１と第２密閉槽７内の槽内温度Ｔ２がＴ１＜Ｔ２となるように別々に制御している。第２密閉槽７内の温度Ｔ２が第１密閉槽６内の温度Ｔ１より高くなるため、同一圧力の二酸化炭素気体を注入した場合でも、槽内温度が高くなるように設定された第２密閉槽７においては、二酸化炭素気体が膨張して第２密閉槽の容積が大きくなるように、可動部材８は第１密閉槽６の方向に移動する。

その結果、第１密閉槽６に配置された樹脂成形体１０１と金型２に形成された転写面３が接触し、樹脂成形体１０１に押圧力を負荷することができる。また、その後は、第１実施形態の場合と同様に、第２減圧弁１９を開放し、真空吸引装置２０で第２密閉槽７内の圧力を大気圧以下とすることによって、樹脂成形体１０１と転写面３を剥離させることができる。本実施形態においても、第１密閉槽６と第２密閉槽７を別個、独立した温度に制御しているが、各々の槽の温度Ｔ１、Ｔ２は、樹脂成形体を軟化させ、硬化させるための工程中に加熱及び冷却処理を行う必要ない。その結果、二酸化炭素気体によって樹脂成形体１０１を可塑化しているので、前記槽内温度Ｔ１、Ｔ２は比較的低温で転写処理が可能となり、短時間での加工が可能である。

また、第２密閉槽７の二酸化炭素気体を真空吸引しなくても、Ｔ１＞Ｔ２として第１密閉槽６と第２密閉槽７の温度を逆転させることで、可動部材８を第２密閉槽７の方向に移動させ、剥離することも可能である。この場合は、真空吸引装置２０が不要となる。

また、この第３実施形態の場合は、第１密閉槽６と第２密閉槽７の二酸化炭素気体の圧力を第１及び第２供給弁１６，１７並びに第１及び第２減圧弁１８、１９で個々に制御する必要がなく、第１密閉槽６と第２密閉槽７の槽内温度を変えるだけで、押圧力やそのスピードを制御することができる。

また、この第３実施形態においては、第１密閉槽６と第２密閉槽７を分割している中間壁５をセラミック材等の断熱部材で形成することが望ましい。それによって、第１密閉槽６から第２密閉槽７への熱伝達を低減させることができ、それぞれの温度を独立して精度良く制御することができ、確実な動作を実施することができる。

これまで説明してきた本発明による第１〜第３実施形態については、どれか２つの組み合わせ、もしくは３つを組み合わせて実施することも可能である。また、各実施形態に示した微細パターンの形状は、転写への適用に限定されるものではなく、例えば光学鏡面への転写等その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であることは言うまでもない。

本発明による一実施形態で使用する樹脂の構造を示す断面図であり、（ａ）は微細パターン転写前の樹脂成形体を示す図、（ｂ）はパターン転写後の樹脂成型品を示す図である。 本発明による第１実施形態に係る樹脂成形品の製造装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による第１実施形態に係る製造装置を使用して樹脂成形品を製造する工程を示す摸式図で、（Ａ）は、第１密閉槽６及び第２密閉槽７内に二酸化炭素気体を供給する工程を示す図、（Ｂ）は、可動部材を上昇させて金型の転写面を樹脂成形体に転写する工程を示す図、（Ｃ）は、樹脂成形体から二酸化炭素気体を放出させて固化させる工程を示す図、（Ｄ）は、金型の転写面から樹脂成形体を剥離する工程を示す図である。 本発明による第１実施形態に係る製造装置を使用して樹脂成形品及び金型の転写面の断面深さをＡＦＭで測定したグラフ図である。 本発明による第２実施形態に係る樹脂成形品の製造装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による第１実施形態に係る製造装置を使用して樹脂成形品を製造する工程を示す摸式図で、（Ａ）は、第１密閉槽６及び第２密閉槽７内に二酸化炭素気体を供給する工程を示す図である。（Ｂ）は、金型の転写面から樹脂成形体を剥離する工程を示す図である。

符号の説明

１ 製造装置
２ 金型
３ 転写面
４ 密閉容器
５ 中間壁
６ 第１密閉槽
７ 第２密閉槽
８ 可動部材
８ａ 中央部
８ｂ 押圧部
８ｂ１ 被押圧面
９ 樹脂成形体保持部
１０ 第１供給管
１１ 第２供給管
１２ 第１排出管
１３ 第２排出管
１４ 増圧装置
１５ 二酸化炭素ボンベ
１６ 第１供給弁
１７ 第２供給弁
１８ 第１減圧弁
１９ 第２減圧弁
２０ 真空吸引装置
２１，２２ 温度調節器
２３ 弾性部材
１０１ 樹脂成形体
１０２ 凹凸パターン
１０３ 樹脂成形品

Claims (9)

1. 少なくとも１つ以上の転写面を有する金型と、前記金型の転写面に対向して配設されかつ前記金型の転写面が転写される樹脂成形体を保持する樹脂成形体保持部とを収容する第１密閉槽と、前記樹脂成形体保持部を一端に有し、前記樹脂成形体保持部を前記金型の転写面に対して移動可能に取り付けられる可動部材と、前記可動部材の一端と反対側の他端である押圧部を前記金型の転写面に向けて押圧する押圧手段と、前記第１密閉槽内に前記樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素気体を供給する供給口と前記二酸化炭素気体を第１密閉槽から排出する排出口とを有する樹脂成形品の製造装置であって、
   前記可動部材の他端は、前記第１密閉槽と中間壁を介して連結された第２密閉槽内に収容され、
   前記可動部材の前記樹脂成形体保持部と前記押圧部との間の中間部は、前記中間壁を貫通して移動可能に前記中間壁に取り付けられ、
   前記押圧手段は、前記第２密閉槽内に供給される気体の圧力によって前記可動部材の前記押圧部を押圧して前記可動部材を移動させる押圧手段であり、
   前記可動部材を移動させて前記樹脂成形体保持部上に保持された樹脂成形体の表面に前記金型の転写面を転写して樹脂成形品を製造することを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
2. 請求項１記載の樹脂成形品の製造装置において、
   前記第２密閉槽に供給される気体は、二酸化炭素気体であり、前記第１密閉槽に供給される二酸化炭素気体と等圧の二酸化炭素気体を供給して前記樹脂成形体に二酸化炭素気体を含浸させることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
3. 請求項１又は２記載の樹脂成形品の製造装置において、
   前記第１密閉槽に供給される二酸化炭素気体のガス圧をＰ１、前記第２密閉槽に供給される気体のガス圧をＰ２としたとき、Ｐ２＞Ｐ１とすることによって前記可動部材の前記押圧部を押圧して、前記金型の転写面に前記樹脂成形体を押圧し、Ｐ２＜Ｐ１とすることによって前記金型の転写面から樹脂成形体を離間、剥離するように前記可動部材を移動させることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置において、
   前記可動部材における前記樹脂成形体保持部の樹脂成形体保持面の面積をＳ１、前記可動部材における前記押圧部の被押圧面の面積をＳ２としたときに、Ｓ１とＳ２の関係が、Ｓ１＜Ｓ２であることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置において、
   前記中間壁と前記可動部材の押圧部との間に、弾性部材を配設し、前記第２密閉槽内に気体を供給して前記可動部材の押圧部を前記金型の転写面に向けて移動させたときに、当該弾性部材を押圧し、及び前記第２密閉槽内の気体の圧力を減圧したときに、前記弾性部材の弾性回復力によって、前記可動部材の樹脂成形体保持部上の樹脂成形体を前記金型の転写面から剥離させることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置において、
   前記第１密閉槽と前記第２密閉槽にそれぞれ各槽内温度を制御する第１及び第２温度制御装置を備え、前記第１密閉槽と前記第２密閉槽に等圧の気体が供給された場合に、前記第１密閉槽の槽内温度Ｔ１、前記第２密閉槽の槽内温度Ｔ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２となるように、前記第１及び第２温度制御装置を制御して前記第２密閉槽内の気体の膨張に伴って前記可動部材を移動させて前記可動部材の樹脂成形体保持部上の樹脂成形体を前記金型の転写面に押圧させて前記金型の転写面を当該樹脂成形体表面に転写させることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置において、
   前記中間壁は、断熱部材で形成されていることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
8. 少なくとも１つ以上の転写面を有する金型と樹脂成形体とを収容する第１密閉槽内に二酸化炭素気体を供給して前記樹脂成形体に前記二酸化炭素気体を含浸させ、その後、前記金型の転写面に前記樹脂成形体表面を押圧して、前記転写面を前記樹脂成形体の表面に転写する樹脂成形品の製造方法において、
   請求項１乃至７のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造装置を使用し、
   前記第２密閉槽内に気体を供給して前記可動部材を前記金型の転写面に向かって移動させ、前記可動部材の樹脂成形体保持部上の樹脂成形体を前記金型の転写面に押圧させて前記転写面を前記樹脂成形体の表面に転写したのち、前記第２密閉槽内の気体を減圧させて、前記可動部材を前記金型の転写面から離間する方向に移動させて、前記樹脂成形体を前記転写面から剥離することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
9. 請求項８記載の樹脂成形品の製造方法において、
   前記金型の転写面を前記樹脂成形体の表面に転写する工程から前記金型の転写面から前記樹脂成形体を剥離する工程の間、前記第１密閉槽の槽内温度を一定温度に維持していることを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

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