JP3857703B2 - 成形体の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、成形体の製造方法および製造装置に関するものであり、詳しくは、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスでありながら、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能な、成形体の製造方法および製造装置に関するものである。

現在、サブμｍの超微細な凹凸形状を表面に有するとともに、三次元、薄肉、かつ大面積の形状を有する成形体が、マイクロレンズ・アレイのような電子ディスプレイ用光学部品、マルチモード光導波路のような光情報通信用部品等として求められている。

下記は、このような表面に微細な凹凸部を有する成形品の製造方法の従来技術である。

特許文献１には、光線透過性、低複屈折性、及び機械的強度特性に優れ、微細な凹凸を有し薄く且つ大型の光学用成形体を効率よく製造する方法を提供することを目的として、少なくとも一方の金型のキャビティ面に、高さ又は深さが５０μｍ未満である微細凹凸が形成され、距離を置いて設けられた上金型及び下金型からなるプレス成形機の下金型に、溶融したハロゲン不含有熱可塑性樹脂を供給し、該溶融樹脂の温度が該樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）に対し、（Ｔｇ＋１０℃）以上（Ｔｇ＋１５０℃）未満の温度範囲にある間にプレスすることを特徴とする光学用成形体の製造方法が開示されている。

特許文献２には、微細凹凸パターンを正確に形成し、樹脂の不均一充填がなく、離型性が向上し離型時の製品の温度ムラがなくなり、且つ反りのない、広面積で薄い成形体を得るのに好適な製造法を提供することを目的として、ダイヤモンドライクカーボンで内面が被覆された可動側金型と、固定側金型とによって形成されたキャビティーに、溶融した脂環構造含有重合体樹脂を充填し、次いで可動側金型で前記溶融樹脂を圧縮することからなる、成形体の製造法が開示されている。

特許文献３には、効率良く、精度の高い微細形状を転写する方法を提供することを目的として、凹凸パターンが形成された転写面を有する型を準備し、特定温度に加熱により軟化した基材に、前記転写面を加圧して押しつけたのち、強制的に前記型を特定温度で前記基材から引き離して、前記基材の表面に前記凹凸パターンの反転パターンを転写する微細形状転写方法が開示されている。

特許文献４には、微細なフレネルレンズ、レンチキュラーレンズあるいはプリズムレンズ形状などの光学要素を有する光学物品を高品質にしかも安価に提供することを目的として、スリットノズルを用い、成形型の微細凹凸形状全面に放射線硬化型樹脂液を塗布形成する工程を含む光学物品の製造方法が開示されている。

特許文献５には、安価で大量生産が可能な、光の波長以下を含む微細な凹凸パターンを被転写体に形成できる微細パターンの転写加工方法を提供することを目的として、微細な凹凸パターンを備えた転写体を準備し、被転写体となる材料を加熱により溶融している状態で前記転写体の凹凸パターン上に流し込み、その後冷却することにより被転写体となる材料を固化すると共に前記凹凸パターンを転写し、その後前記転写体から分離して被転写体として取り出すことを特徴とする微細パターンの転写加工方法が開示されている。
特開２００３−２１１４７５号公報 特開２００４−９８５８０号公報 特開２００１−２６０５２号公報 特開２００２−２６８１４６号公報 特開２０００−３９７０２号公報

しかしながら上記の従来技術では、成形体の光学的なひずみや反り、熱収縮による微細凹凸パターンの寸法変化等の不良が発生したり（特許文献１）、プレスに高圧が必要であったり（特許文献１，２，５）、三次元薄肉大面積の形状の成形品の製造には不適であったり（特許文献２，３）、樹脂液が飛び散り不良品が発生する（特許文献４）等の問題点がある。

したがって本発明の目的は、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスでありながら、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能な、成形体の製造方法および製造装置を提供することにある。

請求項１の発明は、表面に微細な凹凸部を有する成形型上に、溶融した熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、前記塗布した熱可塑性樹脂を金型によりプレスし、成形体の形状を整えるプレス工程と、前記塗布した熱可塑性樹脂を冷却し固化させる固化工程とを少なくとも有する成形体の製造方法であって、
前記塗布工程が、吐出口を備えた塗布装置に前記熱可塑性樹脂を供給し、前記吐出口の先端部と前記成形型との距離によって最終製品の厚さが規制されるように、前記塗布装置を移動させながら、前記最終製品にほぼ近い形状および厚さに、前記微細な凹凸部の上方から前記熱可塑性樹脂を吐出し、前記微細な凹凸部に前記熱可塑性樹脂を充填する工程であり、かつ前記微細な凹凸部に前記熱可塑性樹脂が付着するように、前記成形型を加熱することを特徴とする成形体の製造方法である。

請求項２の発明は、前記固化工程が、プレス力を印加したまま前記熱可塑性樹脂を冷却し固化させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法である。

請求項３の発明は、前記吐出口から前記微細な凹凸部の全体に前記熱可塑性樹脂が充填されるように、前記塗布装置が最大６自由度に移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形体の製造方法である。

請求項４の発明は、前記微細な凹凸部が、１０ｎｍ〜１ｍｍの幅または直径を有するとともに、１０ｎｍ〜１ｍｍの深さまたは高さを有する形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法である。

請求項５の発明は、成形体の厚さが５０μｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形体の製造方法である。

請求項６の発明は、前記成形型が、少なくとも一方に微細な凹凸部を有する上下２枚の金型であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形体の製造方法である。

請求項７の発明は、下記の(a)〜（i)の一連の工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法である。

(a) 上下２枚の金型を準備し、上金型のキャビティ面の温度を、下記のプレス工程で、前記上金型のキャビティ面に接触した熱可塑性樹脂の表層に固化層が形成されず、かつ印加されたプレス力の下で、前記上金型のキャビティ面の形状に変形しうる程度の軟化状態を維持できる温度まで昇温し、下金型のキャビティ面の温度を、下記塗布工程で吐出される熱可塑性樹脂が前記微細な凹凸部に粘着する温度まで昇温する金型昇温工程；
(b) 吐出口を備えた塗布装置の前記吐出口から前記微細な凹凸部の全体に前記熱可塑性樹脂が充填されるように、前記塗布装置を移動させながら吐出を行い、かつ成形体の最終形状にほぼ近い形状まで塗布を行う塗布工程；
(c) 上金型と下金型とを嵌合させ、加力発生器で下金型のキャビティ面と上金型のキャビティ面との間に存在する前記塗布した熱可塑性樹脂をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に前記熱可塑性樹脂の形状を整えるプレス工程；
(d) 前記熱可塑性樹脂にプレス力を印加したまま、所望の温度になるまで熱可塑性樹脂を冷却し固化させる固化工程；
(e) 前記上金型と下金型とを、嵌合している範囲で微量開く型緩め工程；
(f) 前記上金型のキャビティ面と成形体との間、または下金型のキャビティ面と成形体との間のいずれか一方で、前記金型に搭載された剥離手段によって、キャビティ面と成形体とを剥離させる第一の剥離工程；
(g) 前記(f)工程とは逆の剥離面で、前記金型に搭載された剥離手段によって、キャビティ面と成形体とを剥離させる第二の剥離工程；
(h) 成形体を取り出せる程度まで金型を開く型開き工程；および
(i) 成形体を金型外に取り出す成形体取り出し工程。

請求項８の発明は、前記工程(c)において、上金型と下金型とを嵌合させ、上金型のキャビティ面と熱可塑性樹脂上面との間に微小間隙を有する状態で、前記微小間隙内の空気を吸引し、減圧または略真空状態とした後に、前記上金型のキャビティ面と熱可塑性樹脂上面とを接触させ、プレス力を印加することを特徴とする請求項７に記載の成形体の製造方法である。

請求項９の発明は、前記吐出口からの樹脂の吐出量は、前記成形型への溶融樹脂の塗布幅、塗布厚みおよび塗布速度によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法である。
請求項１０の発明は、表面に微細な凹凸部を有する成形型と、前記成形型を加熱する加熱手段および冷却する冷却手段と、前記微細な凹凸部に溶融した熱可塑性樹脂を充填する塗布装置とからなり、前記塗布装置が、熱可塑性樹脂を可塑化する可塑化部と、可塑化された溶融樹脂を貯える樹脂貯蔵部と、前記溶融した熱可塑性樹脂を吐出する吐出口とを備え、前記微細な凹凸部の上方から前記溶融した熱可塑性樹脂が最終製品にほぼ近い形状および厚さに吐出されるように、前記塗布装置が移動可能であるとともに、前記塗布装置は、前記吐出口の先端部と前記成形型との距離によって前記最終製品の厚さが規制されるように移動するものであり、かつ前記微細な凹凸部に前記熱可塑性樹脂が付着するように、前記成形型を加熱することを特徴とする成形体の製造装置である。

請求項１０の発明は、前記塗布装置が、最大６自由度に移動可能であることを特徴とする請求項９に記載の成形体の製造装置である。

本発明によれば、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスでありながら、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能な、成形体の製造方法および製造装置が提供される。

以下、本発明を図面を参照しながらさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の成形体の製造方法における塗布工程を説明するための図である。図１によれば、表面に微細な凹凸部１０を有する成形型１１（断面図）上に、溶融した熱可塑性樹脂１２（以下溶融樹脂ということがある）が、塗布装置の吐出口１３（断面図）から吐出され、微細な凹凸部１０に溶融樹脂１２が充填されている。図１の形態では、塗布装置（図示せず）を矢印１４方向に移動させながら、したがって吐出口１３も矢印１４方向に移動させながら、微細な凹凸部１０の上方から溶融樹脂１２の吐出を行っている。

一般的な射出成形法や、従来技術の方法では、金型のキャビティ内に充填された樹脂の表層は直ちに温度低下し、粘度の増大、固化層の形成が始まるため、樹脂の硬い表層を微細な凹凸部に押しつけて凹凸形状を転写するためには、強大なプレス力が必要となる。

これに対し本発明では、吐出口１３を矢印１４方向に移動させながら、微細な凹凸部１０の上方から溶融樹脂１２の吐出を行っているので、溶融樹脂１２は、直ちに微細凹凸部に到達する。このため、樹脂の温度低下が極めて微量で、粘度の増大が殆どない。すなわち、溶融樹脂１２が理想的な低粘度の状態で微細な凹凸部１０に到達する。また、溶融樹脂１２の充填は、吐出口１３から該樹脂が吐出できれば達成されるので、従来のような強大なプレス力などは全く必要としない。つまり、図１において溶融樹脂１２が、矢印１５方向に吐出口１３から吐出できれば、成形型１１の表面に設けられた微細な凹凸部１０の形状の殆どを、上記のような塗布のみで転写することができる。

また、溶融樹脂１２の温度低下量は、吐出口１３と成形型１１との距離が短くなるほど（薄く塗布するほど）、短時間であるほど抑制される。本発明の方法は、吐出口１３を移動させながら微細な凹凸部１０の上方から溶融樹脂１２を充填していくので、吐出口１３と成形型１１との距離が近くなり、溶融樹脂１２が微細な凹凸部１０に到達するまでの時間が短くなるほど、温度低下量の少ない低粘度の溶融樹脂が容易に微細な凹凸部１０の内部に到達・転写する。したがって、本発明の方法は、厚さの薄い成形体の製造に極めて有利である。

さらに、本発明の方法によれば、吐出口１３を移動させながら微細な凹凸部１０の上方から溶融樹脂１２を充填していくので、微細な凹凸部１０と溶融樹脂１２との間の空気が、矢印１６方向に追い出される。これにより、微細な凹凸部１０と溶融樹脂１２との間に空気が閉じ込められて微細な凹凸形状の転写を阻害することがない。

なお本発明における微細な凹凸部１０は、１０ｎｍ〜１ｍｍの幅または直径を有するとともに、１０ｎｍ〜１ｍｍの深さまたは高さを有する形状の、幅広い範囲から選択することができる。

図２は、本発明の方法を利用して複雑な三次元形状を有する成形体を製造する工程を説明するための図である。図２の形態では、上下２枚の金型を使用している。

図２（ａ）は下金型２１に載置された成形型１１の平面図であり、図２（ｂ）は正面図である。 図２の形態では、 図２（ａ）の矢印２２方向に、幅広の吐出口を用いて溶融樹脂を１回塗布するものとする。また、成形型１１の一部として、表面に微細な凹凸部を有するスタンパ２３を使用し、これを下金型２１の凸部２１１に設置した。なお、微細な凹凸部に溶融樹脂が付着するように、成形型１１およびスタンパ２３は加熱されている。図２（ｂ）において、吐出口１３を矢印２２方向に、かつ下金型２１およびスタンパ２３の形状に沿って移動させながら、溶融した熱可塑性樹脂１２を最終製品にほぼ近い形状および厚さに塗布していく（塗布工程）。続いて、 図２（ｃ）において、上金型２４を下方に移動させ、塗布した熱可塑性樹脂をプレスし、成形体の形状を整える（プレス工程）。次に ２（ｄ）において、プレス力を印加したまま前記熱可塑性樹脂を冷却し固化させ（固化工程）、金型を開き、成形体２５を取り出す。

本発明の方法をさらに具体的に説明する。

本発明のとくに好適な方法は、下記の(a)〜（i)の一連の工程を含む。

(a)図２に示したように、下金型２１および上金型２４の２枚の金型を準備する。そして、上金型２４のキャビティ面の温度を、プレス工程で、上金型２１のキャビティ面に接触した溶融樹脂１２の表層に固化層が形成されず、かつ印加されたプレス力の下で、上金型２４のキャビティ面の形状に変形しうる程度の軟化状態を維持できる温度まで昇温する。なおかつ、下金型２１のキャビティ面の温度を、溶融樹脂１２が微細な凹凸部に粘着する温度まで昇温する（金型昇温工程）；
(b) 金型の昇温が完了した後、吐出口１３から微細な凹凸部の全体に溶融樹脂１２が充填されるように、吐出口１３を移動させながら吐出を行い、かつ成形体の最終形状にほぼ近い形状まで塗布を行う（塗布工程）；
(c) 塗布工程終了後、上金型２４と下金型２１とを嵌合させ、加力発生器で下金型２１のキャビティ面と上金型２４のキャビティ面との間に存在する溶融樹脂１２をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に樹脂の形状を整える（プレス工程）；
(d) 溶融樹脂１２の冷却に伴う収縮を補償するためにプレス力を印加したまま、所望の温度になるまで熱可塑性樹脂を冷却し固化させる（固化工程）；
(e) 固化工程終了後、前記上金型２４と下金型２１とを、嵌合している範囲で微量開く（型緩め工程）；
(f) 前記上金型２４のキャビティ面と成形体との間、または下金型２１のキャビティ面と成形体との間のいずれか一方で、金型に搭載された剥離手段（図示せず）によって、キャビティ面と成形体とを剥離させる（第一の剥離工程）；
(g) 前記(f)工程とは逆の剥離面で、金型に搭載された剥離手段によって、キャビティ面と成形体とを剥離させる（第二の剥離工程）；
(h) 成形体を取り出せる程度まで金型を開く（型開き工程）；および
(i) 成形体を金型外に取り出す（成形体取り出し工程）。

前記（ａ）工程において、下金型のキャビティ面の温度の、「塗布工程で吐出される熱可塑性樹脂が前記微細な凹凸部に粘着する温度」は、成形型１１の表面性状(表面粗さなど)、材質(材質、離型剤処理の有無など)、樹脂の種類や温度、塗布装置の移動速度(塗布速度)などに鑑みて決定される。

図３は、下金型のキャビティ面の温度をどのように決定すればよいか、を説明するための図である。図３は、表面粗さ1.6Sで仕上げたステンレス(SUS304)製キャビティの表面に、(株)クラレ製アクリル樹脂(パラペットGH1000S白アルミ)を、樹脂温度、キャビティ温度および塗布速度を変えて塗布を行い、良好な塗布ができる条件を見いだしたものである。なお、キャビティ表面への離型処理はいっさい行っていない。目標塗布速度を100mm/sとした場合、樹脂温度が240℃であれば金型キャビティの温度を約145℃以上に設定すればよいことが分かる。また樹脂温度を250℃にすれば、キャビティ温度を概ね130℃以上に設定すればよいことが分かる。

このように本発明では、塗布工程において、塗布と同時に微細な凹凸部の転写が完了しているので、プレス工程で転写を行う従来技術のように金型を非常に高温に保つ必要がない。したがって、樹脂の熱劣化を抑制でき、熱膨張、収縮による寸法変化を少なくできるので、寸法精度が向上し、また金型の加熱冷却時間が短縮され、成形体の生産時間も短縮され、コスト的に極めて有利である。

なお、上金型のキャビティの温度上昇は、プレス工程で型閉じされ、塗布された樹脂の上面に接するまでに完了していればよいので、上金型の昇温は、例えば塗布工程中に開始してもよい。下金型のキャビティの温度上昇は、塗布工程で溶融した熱可塑性樹脂が成形型に接触するまでに完了していればよい。

前記（ｂ）工程において、一般的に溶融樹脂１２は、例えば液状の紫外線硬化型樹脂とは異なり、溶融状態であっても一定の粘度を有しているため（例えば１０００Ｐａ．ｓ以上）、成形体の最終形状にほぼ近い形状にまで塗布を行うことができる。なお、図２の形態では、吐出口１３の移動は、矢印２２方向に幅広の吐出口を用いて樹脂を１回塗布するものであるが、本発明はこれに限定されず吐出口１３を複数回往復させながら、塗布を行ってもよい。このとき、最大６自由度に移動可能にしておき、成形型１１がさらに複雑な三次元形状であっても、その形状に吐出口１３が追従できるようにするのが好ましい。なお、このような移動可能な塗布装置については後述する。また、塗布装置への溶融樹脂の供給は、塗布を行うまでに完了していればよく、固化工程や型緩め工程など、塗布装置が動作していない工程で行っておけば、金型昇温工程後、直ちに塗布が行えるので成形に要する時間（サイクルタイム）が短縮され好適である。

前記（ｃ）工程において、プレス圧力は、１０ＭＰａ以下であることができる。これは、プレス工程が従来技術のように微細な凹凸形状の転写を目的とするものではなく、塗布した熱可塑性樹脂の形状を整えることを主目的とするからである。したがって、加力発生器が小さくても、大面積製品を製造することができる。また、装置の小型化、省スペース化、省エネルギー化、低コスト化に繋がる。また、プレス時にキャビティ内の樹脂が殆ど流動しないため、プレス工程においても樹脂の流動に伴う高分子鎖の配向など、光学的歪みや反りの原因となる現象を生じにくい。さらに、本プレス工程および先の塗布工程において、高粘度となった熱可塑性樹脂を無理矢理流動させることがない。この結果、従来技術の射出成形法などに比べて低残留応力、低複屈折、高光透過性などの光学特性に優れ、反りなどがない高い寸法精度を有する成形体を得ることができる。さらに、成形型１１の微細な凹凸部１０が破壊されにくく、長寿命化につながる。さらにまた、強大なプレス力を必要としないので、圧力に耐性のないセレン化亜鉛(ZnSe)やシリコン(Si)などからなる金型を使用することができる。これらの材料は、赤外線透過材料であるため、特許第3169786号明細書に記載されているように、これらの材料をキャビティ面として用い、該キャビティ面を介して熱可塑性樹脂に赤外線を照射すれば、樹脂の温度低下を抑制し、微細な凹凸形状の転写が一層良好となる。

なお、プレスする直前に、塗布された樹脂の上に加熱板を挿入し、樹脂の上面を加熱することで一時的に粘度を下げてプレスすれば、より低圧で成形体の形状を整えることができる。加熱板は、ハロゲンランプなどの赤外線ランプが設置されたものでもよいし、一般的な電熱ヒータなどで加熱された板(板からのふく射伝熱で樹脂を加熱)でもよい。さらには、上金型のキャビティ面が樹脂に接する直前で一時停止させ、上金型のキャビティ面からの放射熱で樹脂上面の温度が上昇するのを待ってからプレスしてもよい。これらの加熱手段例は、いずれもふく射伝熱であるため真空中でも熱が伝わる。よって、下記の減圧・真空工程を行っても、無駄なく加熱を行うことができる。

なお、上下金型の少なくともいずれか一方を移動させることで金型を開閉させることと型締め・プレスが可能な精密加力発生器は、例えば竪型プレス機などで実現される。

後述する減圧・真空工程では、金型の位置を正確に検出して、上金型キャビティ面と溶融樹脂上面との間に微小間隙を有する状態で型閉じ動作を一時停止する機能を有することが好ましい。また、固化工程では、成形体の体積収縮を補償するために精度よく圧力を設定値に追従させつつ、成形体の体積収縮に対応する量だけ金型を閉じていける(精度の高い圧力制御)ことが好ましい。さらに、下記の型緩め工程では、成形体の厚みよりも小さなストロークだけわずかに金型を開く必要がある。これらより、金型を移動させる際の位置決め精度、速度制御精度および型締時(プレス時)の圧力制御精度には比較的高い精度が要求される。よって、駆動系としてサーボモータなどの精度を確保しやすい機構を用いた加力発生器の方が好ましい。

前記（ｃ）工程においては、上金型２４と下金型２１とを嵌合させ、上金型２４のキャビティ面と熱可塑性樹脂上面との間に微小間隙を有する状態で、前記微小間隙内の空気を吸引し、減圧または略真空状態とした後に、上金型２４のキャビティ面と熱可塑性樹脂上面とを接触させ、プレス力を印加するのがさらに好ましい。このようにすれば、溶融した熱可塑性樹脂とキャビティとの間の空気が排除され、空気の巻き込み・封じ込みによる転写不良を回避できる。

空気吸引口は、キャビティ面に特別に設けてもよいが、例えば機械式エジェクタを有する金型であれば、エジェクタが摺動するために生じるキャビティの間隙から吸引することも可能である。吸引手段は公知の真空ポンプなどを用いればよい。この減圧・真空工程は、上下金型のキャビティが雄雌形状を有し、型閉じ工程で上下金型を嵌合させたとき、雌側キャビティに雄側キャビティが微量入り込み、閉空間を形成する金型である場合により効率よく行える。減圧、略真空とするタイミングは、前記閉空間を形成後、上金型キャビティ面と樹脂上面との間に微小間隙を有している間が好ましい。キャビティ面と樹脂とが接触して空気を閉じこめた後では、閉じこめられた範囲に吸引口がない場合、吸引の効果を得られないためである。減圧・真空工程の動作を適正なタイミングで行うために、例えば加力発生器から金型位置の情報を得て、所望の位置に達したら吸引手段を起動させ、上金型キャビティ面が樹脂上面に完全に接触した位置で吸引手段を停止すればよい。また、吸引手段の起動→型閉じを停止→タイマなどで管理して一定時間吸引→型閉じ再開といった動作を行ってもよいし、キャビティ内の圧力を検出する手段を設け、吸引動作後、所望の圧力まで減圧された時点で型閉じを再開するなど、様々な形態の実施が可能である。

前記工程（ｄ）において、所望の温度になるまでプレス力を印加したままで成形体を冷却するので、樹脂の体積収縮にともなうヒケなどの不良発生を防止し、寸法精度の高い高品位な成形体を得ることができる。

前記工程（ｅ）において、金型の開き量は、大きくても上下金型が嵌合状態を維持できる程度であって、好ましくは、成形体の厚みよりも少ない開き量である。例えば厚さ1mmの成形体であれば、約0.1〜0.5mm開けばよい。

前記工程（ｆ）〜（ｉ）において、金型に搭載された剥離手段としては、金型に搭載された機械式エジェクタやエアブロー機構が挙げられ、これによって成形体全面をキャビティ面から剥離することができる。機械的エジェクタの押し力や、流体吐出口から吐出した流体に加わる吐出圧によって、成形体とキャビティ面との間に微量の剥離部が形成されると、そこに流体が入り込み、吐出圧が伝播して次の剥離を促進し、剥離部を徐々に拡大させていく。この現象が連続的に起きることで成形体全面がキャビティ面から剥離する。前記の中でも、より好ましくは、公知のエアブロー機構、すなわち、空気などの流体を吐出するための吐出口をキャビティ面(好ましくは成形体中央)に設け、該吐出口から流体を吐出させる機構を設けることが好ましい。機械式エジェクタ方式では、局所的な部分しか押す(剥離力を作用させる)ことができないため、成形体の厚みが薄くなると、剥離を生じさせる前に成形体が破れる・壊れるなどの問題が生じる。上記のように圧力が印加された気体を剥離部に送り込む方法なら、剥離部全体に圧力が作用して、均等に剥離力を発生させることができるため、薄い成形体の剥離が容易となる。続いて、成形体を取り出せる程度まで金型を開き、成形体を金型外に取り出すことができる。

本発明で使用する熱可塑性樹脂としてはとくに制限されないが、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィン(COP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアリレート(PAR)、ポリイミド(PI)、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)、ポリアミド(PA)、ポリエチレン(PE)、ポリアセタール(POM)、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフェニレンオキサイド(PPO)またはこれらの混合物などが挙げられる。また、成形体に求められる性能にあわせて、特別に製造された熱可塑性樹脂でもよい。

なお熱可塑性樹脂には必要に応じてガラス繊維やカーボンなどの各種充填材や、耐熱安定剤、耐候安定剤、耐電防止剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、染料、顔料、天然油、合成油、ワックスなどの公知の各種添加剤を配合することもできる。

本発明の方法によれば、厚さが５０μｍ〜５ｍｍの範囲であり、成形体の辺長が厚さの１０００倍を超える薄肉大面積の成形体を得ることができる。

次に本発明の製造装置について説明する。

本発明の製造装置は、表面に微細な凹凸部を有する成形型と、前記成形型を加熱する加熱手段および冷却する冷却手段と、前記微細な凹凸部に溶融した熱可塑性樹脂を充填する塗布装置とからなり、前記塗布装置が、熱可塑性樹脂を可塑化する可塑化部と、可塑化された溶融樹脂を貯える樹脂貯蔵部と、前記溶融した熱可塑性樹脂を吐出する吐出口とを備え、前記微細な凹凸部の上方から前記溶融した熱可塑性樹脂が吐出されるように、前記塗布装置が移動可能であることを特徴としている。

表面に微細な凹凸部を有する成形型は、前述のように、成形体への要求性能に合わせて、上下金型キャビティのいずれの部位に設置されてもよいが、好ましくは、塗布装置によって溶融樹脂が精密塗布される下金型のキャビティ面に設置すると、低圧力で高精度の微細凹凸形状の転写を行うことができる。本発明では、フォトリソグラフィ法、電気鋳造法、イオンエッチング法などの半導体プロセスを利用してスタンパ表面に微細な凹凸部を形成し、これを成形型として金型内に設置してもよい。スタンパの材質は、ニッケル(またはニッケル合金)、シリコン、ガラスなどが挙げられ、このような材料のみで形成されてもよいし、例えば数十μm〜数mmの厚さを有する板状母材（シリコン基板）上にニッケルで微細凹凸を形成するなどしてもよい。これとは別に、金型本体のキャビティ面に直接微細凹凸形状を形成してもよい。凹凸部の断面形状は、矩形を基本とするが、テーパー(台形)型、三角型、半円型、半楕円型などでもよい。

上下金型のキャビティ面を加熱・冷却する手段は様々な方法がある。

加熱手段としては、例えば下記のような方法である。

(1)温調された水(湯)や油などの熱媒体を、金型に設けられた該媒体の流路に流通させて加熱する方法。

(2)プレートヒータ、カートリッジヒータなどの電熱ヒータを金型に装着して加熱する方法。

(3)ハロゲンランプ、遠赤外線ヒータなど、赤外線を放射する装置によって、赤外線を金型キャビティ表面に照射して加熱する方法。

(4)誘導加熱する方法。

(5)図４に示すように、キャビティ本体４１を電気絶縁体として、キャビティ本体４１表面に薄い導電性膜４２を形成し、導電性膜４２に通電することで、導電性膜を発熱させる方法。この場合、導電性膜４２で凹凸部を被膜してもよいし（図４ａ）、凹凸部自体を導電性膜４２で作製してもよい（図４ｂ）。

上記は、キャビティ面(または金型)全体を加熱する手段の例であるが、図５に示すように、塗布装置５１の吐出口５２近傍に赤外線ランプなどの加熱手段５３を設け、溶融樹脂が塗布される直前のキャビティ５４表面を局所的に加熱して、溶融樹脂が粘着する温度まで昇温しながら塗布を行ってもよい。なおこの場合、塗布装置の移動方向は、矢印５５で示す方向であり、符号５６は、赤外線ランプなどの加熱手段５３によって局所加熱された部位であり、符号５７は塗布された溶融樹脂を意味している。図４および５に示す形態によれば、キャビティ全体の温度を低くしておくことができ、樹脂の熱劣化の抑制、成形体の冷却固化に要する時間・エネルギーの低減などを達成できる。

次に、冷却手段としては、例えば下記のような方法である。

(1)金型に設けられた媒体の流路に温調水を流通させて冷却する方法。

(2)金型に設けられた管路に空気を流通させて冷却する方法。

(3)キャビティ表面に空気や揮発性（キャビティ表面で液体から気体に相変化する）の液体と気体とを混合したミストを吹き付けて冷却する方法。

(4)ヒートパイプにより、金型内の熱を金型外に輸送・放出することで冷却する方法。

(5)ペルチェ素子などの電気的冷却器によって、金型内またはキャビティ表面の熱を奪って冷却する方法。

上記の加熱・冷却手段を適宜組み合わせて用いれば良い。

可塑化部は、樹脂を可塑化して溶融状態とする機能と、塗布装置の樹脂貯蔵部に該溶融樹脂を供給できる機構を有していればよい。例えば公知の単軸押出機、二軸押出機などでもよい。

また、本発明における塗布装置は、図６（ａ）に示したように、可塑化部６１および塗布装置６２の双方に着脱機構６３１および６３２をそれぞれ設け、可塑化部６１を塗布装置６２から着脱可能とし、かつ、可塑化部６１と塗布装置６２の双方に樹脂流路を開閉できるバルブ６４１および６４２をそれぞれ設け、両者が連結された状態で双方のバルブを開いて溶融樹脂の流路を連通させ、塗布装置の樹脂貯蔵部６５に可塑化部６１から溶融樹脂を送り込み、所定量溜まった時点でバルブ６４１および６４２をそれぞれを閉じて図６（ｂ）に示したように可塑化部６１を脱離してもよい。また、図７に示したように、可塑化部６１と塗布装置６２との間を可撓性を有する流路６６で連結し、塗布装置６２に溶融樹脂を送り込む形態をとってもよい。

これとは別に、インライン型射出成形機のように、樹脂貯蔵部が可塑化部の機能を兼ね備えていてもよい。例えば、図８（ａ）および（ｂ）に示したように、インライン型射出成形機７１は、樹脂貯蔵部７２と、回転および前後動が可能なスクリュ７３とを有し、スクリュ７３が矢印７４方向に回転すると、スクリュ７３が後退し、樹脂が矢印７５方向に進みながら可塑化する。可塑化終了後は、図８（ｃ）に示したように、バルブ７６を開くと同時にスクリュ７３を前進させ、樹脂貯蔵部７２内の溶融樹脂を、吐出口７７から吐出する形態でもよい。

また、図９に示すプリプラ式射出成形のように、スクリュ８１を備えた可塑化シリンダ８２と、前後動可能なピストン８３を備えた射出シリンダ８４とが付設され、可塑化シリンダ８２で可塑化した溶融樹脂を射出シリンダ８４の先端部に送り込んで溜め、その後、ピストン８３を前進させることで吐出口８５から溶融樹脂を吐出する形態でもよい。なお符号８６はバルブであり、バルブ８６を開くことにより、溶融樹脂を吐出口８５から吐出することができる。

他の実施の形態として、例えば、図１０に示すように、反応釜や反応器８７に、スクリュ、ピストンなどの溶融樹脂輸送手段８８を設け、反応器８７内で樹脂を可塑化させた後、これを前記の射出成形機のシリンダ８９に導入してもよい。

可塑化温度は樹脂材料を溶融できる温度であればよい。

前記とは別の塗布装置の形態としては、例えば特開２００４−１２１９８６号公報に開示されている塗布装置が挙げられる。

図１１は、このような塗布装置の一例を説明するための図である。

図１１において、塗布装置Ａ１は、概略的には樹脂貯蔵部であるシリンダ９１と、このシリンダ９１に付属して略一体的に設けられている塗布部９２とから構成されている。シリンダ９１の内部には、ピストン駆動装置９３により、図１１において上下方向に駆動されるピストン９４が設けられている。ピストン９４を下方へ駆動すると、溶融樹脂は塗布部９２を介して成形型に押し出される。シリンダ９１の側部には、樹脂補給路９５が開けられている。そして、この樹脂補給路９５に対応してロータリバルブ９６が設けられている。なお、図１１には示されていないが、本塗布装置Ａ１には、固体状の樹脂を溶融する、前述の可塑化部が設けられ、可塑化された溶融樹脂は、ロータリバルブ９６を介してシリンダ９１に供給されるようになっている。シリンダ９１内の溶融樹脂の押出量は、ピストン９４の駆動速度によりきめ細かに制御される。このように構成されているシリンダ９１の外周部には、発熱手段としての複数個のヒータ９７、９７、…が設けられている。これらのヒータ９７、９７、…の発熱量は、制御装置９８によって制御される。

シリンダ９１の下端部は、テーパ状に絞られ、そして樹脂通路９９となって塗布部９２に連なっている。塗布部９２は、溶融状態の樹脂が通過する、あるいは一時的に貯えられる樹脂調整部１００と、その下端に位置するヘラ部１０１とからなっている。ヘラ部１０１の下端部は斜めに切り落とされ、矢印Ｄ方向に所定速度で移動されるようになっている。斜面１０２が移動方向の前方に位置するので、斜面１０２に溶融樹脂の出口となる吐出口１０３が開けられている。吐出口１０３は、本形態では１個の樹脂調整部１００と連通している。そして、吐出口１０３には先端部がテーパ状に縮経されているニードル１０４がそれぞれ設けられている。ニードル１０４の上端部は、ニードル駆動装置１０５の出力軸に接続され、そしてグランドパッキン１０６、１０６によりシールされている。ニードル駆動装置１０５によりニードル１０４を適宜上下方向に駆動すると、吐出口１０３の開度が調節される。なお、ヘラ部１０１の外周部にも、発熱手段としてのヒータ１０７が設けられている。このヒータ１０７の発熱量も前述したように制御される。

制御装置９８は、シリンダ９１と塗布部９２内の溶融樹脂の温度、溶融樹脂の圧力、ピストン９４の駆動速度、吐出口１０３の開度、塗布動作時の塗布装置Ａ１の移動速度等を設定する設定手段１０８も備えている。このような機能および設定手段１０８を有する制御装置９８は、シリンダ９１内の溶融樹脂の圧力を計測する樹脂圧力センサ１０９とは信号ラインａにより、溶融樹脂温度を検出する熱電対などからなる温度センサ１１０とは信号ラインｂにより、ピストン９４の駆動速度を検出する速度センサ１１１とは信号ラインｃによりそれぞれ接続されている。

また、制御装置９８とニードル位置検出センサ１１２は、信号ラインｄにより接続されている。このような各種のセンサ１０９〜１１２で計測される各種の計測値は、上記それぞれの信号ラインａ〜ｄにより制御装置９８に入力され、演算され、その操作量は電力ラインｈによりヒータ９７、９７、…１０７に、電力ラインｉによりピストン駆動装置９３に、そして同様に電力ラインｊによりニードル駆動装置１０５にそれぞれ印加されるようになっている。

次に、上記の形態に係わる溶融樹脂の塗布装置Ａ１を使用した塗布方法について説明する。ヒータ９７、９７、…１０７の温度、ピストン９４の駆動速度、溶融樹脂の圧力、吐出口１０３の開度等を設定手段１０８により制御装置９８に設定する。ロータリバルブ９６を開き、可塑化した樹脂を、シリンダ９１に補給する。次いで、塗布操作に入る。ピストン９４が駆動され、設定温度に維持されているシリンダ９１内の溶融樹脂は、所定の圧力により塗布部９２の樹脂調整部１００へと圧送される。そして、ニードル１０４により所定開度になっている吐出口１０３から成形型上に押し出される。これに同期して、塗布装置Ａ１のヘラ部１０１を矢印Ｄ方向に移動させる。押し出された溶融樹脂は、ヘラ部１０１により成形型上に延ばされる。このようにして塗布が完了する。

また吐出口からの樹脂の吐出量は、成形型への溶融樹脂の塗布幅、塗布厚みおよび塗布速度(成形型上を塗布装置の吐出口が移動する速度)から制御される。

吐出口の形状は、塗布方向に略垂直な方向にスリット状に溶融樹脂を吐出できるように構成されるのが好ましく、該吐出口は塗布方向に略垂直な方向に１つ以上連結されて構成される。２つ以上連結されている場合、各吐出口に設けられた樹脂流路の開閉バルブを開閉するなどして、各吐出部の幅のピッチで任意に吐出幅を変えられることが望ましい。各吐出口の幅や形状は、成形型の形状に合わせて自由に変更すればよい。また、吐出口の連結数を変更して吐出幅を変えてもよい。さらには、図１２（ａ）および（ｂ）に示したように、吐出口の吐出幅を連続的に変更できるように、吐出幅を変えるゲート１２０を吐出口に付設し、所望の塗布形状となるようにゲート位置を逐次変更しながら塗布してもよい。

吐出口ヘラ部の形状は、図１３（ａ）に示したように、斜めに切り落とされた塗布進行方向の後ろ側に堰を設けた形状でも良いし、図１３（ｂ）に示したように、塗布進行方向の前後両方に堰が設けられた形状でもよい。吐出圧を使って溶融樹脂を微細な凹凸部により効率よく充填するには、後者のように塗布進行方向の前後両方に堰が設けられた形状の方が好適である。さらに、図１３（ｃ）に示したように、吐出口の先端がテーパ状になっていてもよい。

なお、該吐出口の進行方向左右にも堰を設け、吐出口の前後左右に堰を有する方がさらに好ましい。このようにして、吐出口のヘラ部先端とキャビティ面との間で略閉空間を形成して、吐出圧を逃がしにくい形状にするとよい。

図１４は、本発明の製造装置の全体の構成の一例を説明するための図である。図１４の形態によれば、塗布装置１３１は、可塑化部１３２が分離され、両者の間を可撓性を有する流路１３３で連結し、塗布装置１３１に溶融樹脂を送り込む形態をとっている（図７）。塗布装置１３１には、ＸＹＺ軸の並進方向に移動可能となるように、Ｘ軸方向（並進方向）に移動可能なテーブル１３４およびこれを駆動するための駆動モータ１３５、Ｙ軸方向に移動可能なテーブル１３６およびこれを駆動するための駆動モータ１３７、Ｚ軸方向に移動可能なテーブル１３８およびこれを駆動するための駆動モータ１３９が設けられている。成形型としては、表面に微細な凹凸部を有するスタンパ１４０が使用され、下金型１４１に設置されている。この下金型１４１と上金型１４２は、竪型精密ディジタルプレス１４３に搭載され、電気ヒータによる金型加熱手段１４４と、温調水による金型冷却手段１４５とを備えている。また、成形体を離型する手段は、離型手段駆動装置１４６を用いた、公知の機械式エジェクタ、あるいはエアブローである。なお、塗布装置１３１は、図１５に示したように、６分割された吐出口１４７を有し、それぞれの吐出口１４７は、流路開閉バルブ駆動用シリンダ１４８によって吐出量をさらに調整することもできる（図１４の矢視Ａ）。

なお、可撓性を有する流路、塗布装置のシリンダおよび吐出口、上下金型などの温度制御、可撓性を有する流路と塗布装置の樹脂流路を開閉するバルブ、複数分割された吐出口のバルブの開閉制御、塗布装置のXYZ軸テーブルおよびピストンを、所望の位置に所望の速度で動かす動作の制御、ディジタルプレスの型開閉動作(位置、速度、圧力)の制御などは、各々図示されていない制御装置によって行われる。

本発明により得られる成形体は、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスでありながら、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能であり、例えば、 (a)マイクロレンズアレイ、液晶用導光板、フレキシブルディスプレイ基板、波長板、反射板、位相差板、自由曲面ミラー、LED発光パネル、フレネルレンズなどの電子ディスプレイ分野の基幹部品、(b)フレキシブルポリマー製光導波路、自由曲面回折格子、二次元イメージセンサアレイ、ピックアップレンズ、ホログラム、フレキシブル導波路型照明板などの光情報通信分野の基幹部品、(c)次世代DVD(ブルーレイディスク)、ブルーレイディスクのカバー層、DVD、CD、超薄肉ICカードなどの光記録媒体分野の基幹部品、(d)集積化学チップ、DNAチップ、バイオチップ、プロテインチップ、マイクロ流体デバイス、環境分析チップなどライフサイエンス分野の基幹部品、(e)燃料電池セパレータ、携帯電話超薄肉バッテリーケース、太陽光集光フレネルレンズなど新エネルギー分野の基幹部品、等に好適に用いることができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明する。
参考例
下記の装置を用いて成形体の製造を行った。
[塗布装置]
吐出口形状：縦30mm×横1mm。図１３の（ｃ）に示す形状。

押出・加圧機構：ピストン。

ピストン径：φ10mm。

塗布装置移動自由度：1自由度(塗布方向の前後動)。

駆動方式：サーボモータの回転をボールねじにて直線運動に変換して塗布装置、ピストンを移動。

樹脂加熱手段：シリンダ外周に巻かれた電気ヒータ。吐出部は板状の電気ヒータ。
[金型]
材質：ステンレス鋼(SUS304)。

キャビティ面積：30mm×50mm。ただし、縁部に段差あり。

加熱源：内部にカートリッジヒータ装着。

冷却源：温調水を通媒孔に流す。
[プレス]
最大型締め力：10t。

設定型締め力：1.2t。
[樹脂材料]
材質：アクリル樹脂
メーカ：(株)クラレ
銘柄：パラペットGH1000Sシロアルミ
２５０℃における溶融粘度：約８００Ｐａ．ｓ。

上下金型を設定温度200℃で昇温した後、90℃、4時間で加熱予備乾燥を行ったアクリル樹脂を、塗布装置の加熱シリンダに投入して可塑化した。加熱シリンダの設定温度は250℃とした。下型に設置されたスタンパ上に、塗布装置にて溶融樹脂を塗布した。塗布速度は、１００ｍｍ／秒、塗布厚さは８０μｍとした。その後、型締め力1.2ton(設定可能な最小プレス力)でプレスした。プレス力を印加したまま、上下金型に通水して約60℃まで冷却した後、金型を開いて成形体をスタンパから離型した。

スタンパは、縦３０ｍｍ、横５０ｍｍの長方形の形状を有し、厚さは０．３ｍｍである。これを金型キャビティ表面に設置した。ただし、縁部に段差を有する。スタンパおよび金型キャビティの形状が忠実に附形された成形体が得られた。

プレスの最小設定型締め力が1.2tonであったため、成形体の投影面積で除算した値(=プレス圧力)は80kg/cm²となった。

成形体の長手方向長さ50mmに対して膜厚80μmで除算した値は625である。射出成形にてアクリル樹脂を成形する場合、流動長(上記の成形品長手方向距離)を厚さで除算した値が130を越えると成形が困難といわれており、射出成形では得難い成形体を80kg/cm²以下の低圧で得ることができた。
実施例１
Y型微細流路を有する成形体の製造例
上記装置構成で、金型キャビティ面に下記のスタンパを装着して成形体の製造を行った。
[スタンパ]
材質：ニッケル。

微細凹凸形状：幅50μm×高さ50μmの断面を有するY型微細流路。

スタンパ形状：縦３０ｍｍ、横５０ｍｍの長方形の形状を有し、厚さは０．３ｍｍである(上記微細凹凸形状を含む)。

なお、キャビティ中央に設置されたスタンパ上の樹脂の塗布厚さは２５０μｍとした。

Y型流路の終端部の拡大写真から、エッジの鮮明な流路を形成していることがわかり、転写状況も良好であった。

プレスの最小設定型締め力が1.2tonであったため、成形体の投影面積で除算した値(=プレス圧力)は80kg/cm²である。

成形体の長手方向長さ50mmに対して膜厚250μmで除算した値は200である。

スタンパの凹凸形状を痛めることもなく、80kg/cm²以下の低圧で転写の良好な成形体を得ることができた。
実施例２
図１４で示した装置を用いて成形体の製造を行った。

可塑化部１３２は、単軸押出機を用い、上記のアクリル樹脂を２５０℃で可塑化した。可塑化部１３２の溶融樹脂吐出部と塗布装置１３１の溶融樹脂樹脂投入部との間は、可撓性を有する流路１３３で連結した。塗布装置１３１の溶融樹脂投入部には、該流路１３３と塗布装置１３１の樹脂貯蔵部とをつなぐ溶融樹脂の流路を開閉するバルブが付設されている。

ＸＹＺ軸の並進方向に移動可能なテーブルに、樹脂貯蔵部(加熱シリンダ)と、押出・加圧機構であるピストンと、樹脂貯蔵部に溜められた溶融樹脂を吐出するための、図１５に示した吐出口１４７と、該樹脂貯蔵部と複数分割された該吐出口１４７との各々の溶融樹脂の流路を開閉するバルブとを備えた塗布装置が、竪型精密ディジタルプレスに上下動可能な状態で締結されている。なお、吐出口１４７の１つの形状は、縦５０ｍｍ、横１ｍｍ、図１３の（ｃ）に示した形状である。

ディジタルプレスに搭載される上金型１４２は、金型加熱手段１４４および金型冷却手段１４５として、電気ヒータによる加熱と、温調水による冷却が可能となっている。成形体を離型する手段として、公知の離型手段駆動装置１４６を用いた、機械式エジェクタと、エアブローを備えている。

下金型１４１のキャビティの面積は250mm×250mmとした。ディジタルプレスの最大加圧力は20tである。使用材料は上述したアクリル樹脂である。

本実施例による成形体の製造工程は、下記のようになる。ただし、事前に塗布装置、可撓性を有する加熱が可能な流路および可塑化装置などの昇温は完了している。

また、可塑化装置、塗布装置、ディジタルプレスなどのそれぞれの動作、および製造プロセスに従って順に動作させるシーケンス動作に関わる制御系の設定も完了している。
(１)昇温工程
上下金型の温度を150℃に昇温する。
(２)塗布装置への樹脂充填工程
可塑化部のスクリュを回転させ、樹脂を可塑化し、該流路と塗布装置の樹脂貯蔵部とをつなぐ溶融樹脂の流路を開閉するバルブを開き、塗布装置内に溶融樹脂を供給する。所望量溜まった時点で可塑化部を停止するとともに、溶融樹脂の流路を開閉するバルブを閉じる。貯蔵量は、塗布の幅(塗布中に開く吐出部バルブの数)、塗布の距離、塗布厚みから必要樹脂量が算出される。
(３)塗布工程
あらかじめ、塗布装置の塗布パターン(吐出部の経路(位置)、移動速度、吐出部バルブの開閉)が指令値として塗布装置に与えられる。金型を開いた状態にして、吐出口を下金型キャビティ面の塗布開始位置に移動する。塗布開始指令によって塗布動作を開始する。ＸＹＺ軸の並進方向に移動可能なテーブル、塗布装置のピストンおよび塗布装置吐出部に設置された流路開閉バルブとが連係動作することで、キャビティ面の形状に追従する形で溶融樹脂を塗布する。

本実施例では、250mm×250mm×厚み0.5mmの形状に塗布を行った。
(４)プレス工程
塗布完了後、ディジタルプレスを動作させて上金型と下金型とを嵌合させ、溶融樹脂をプレスした。これより、成形体の形状を整える。本実施例でのプレス工程で印加した最大プレス力は15tである。
(５)冷却工程
樹脂の冷却に伴う体積収縮を補償するために、プレス力(本実施例では10t)を印加したまま、金型のヒータを切り、温調水を通水して所望の温度まで冷却する。
(６)型緩め工程
本実施例では、厚さ0.5mmの塗布を行ったので、約0.2mm金型を開く。
(７)第一の剥離工程
下金型に搭載された機械式エジェクタやエアブロー機構によって成形体の下面をキャビティ面から剥離させる。
(８)第二の剥離工程
(f)と逆の剥離面で、金型に搭載された機械式エジェクタやエアブロー機構によって成形体全面をキャビティ面から剥離させる。
(９)型開き工程
成形体を取り出せる程度まで金型を開く。
(１０)成形体取り出し工程
成形体を金型外に取り出す。

上記方法にて成形体を製造した結果、250mm×250mm×厚さ0.5mmの形状を有する成形体を得た。

キャビティ面には、鏡面仕上げされた部位と、中央近傍に設置した意図的に機械加工痕を残したスタンパが装着された部位がある。さらに、エジェクタ先端部にも若干の機械加工痕がある。なお、スタンパが装着された部位に意図的に形成した機械加工痕は、微細な凹凸形状であり、およそ、45μｍの幅、深さを有する。またエジェクタ先端部の機械加工痕は、微細な凹凸形状であり、およそ、50μｍの幅、深さを有する。

本実施例で得た成形体には、スタンパ部およびエジェクタ部の機械加工痕が正確に転写されていることが確認できた。

これは、プレスを行わず、塗布工程の後、樹脂を固化させて離型した成形体においても同様であった。

プレス工程で印加した最大プレス力から算出される工程中最大の加圧力は24kg/cm²(2.35MPa)である。

以上より、本発明の製造方法および製造装置にて、超低圧で良好な転写がなされた成形体を得られることを確認した。

本発明によれば、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスでありながら、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能な、成形体の製造方法および製造装置が提供される。

本発明の成形体の製造方法における塗布工程を説明するための図である。 本発明の方法を利用して複雑な三次元形状を有する成形体を製造する工程を説明するための図である。 下金型のキャビティ面の温度をどのように決定すればよいか、を説明するための図である。 金型の加熱手段の一例を説明するための図である。 金型の加熱手段の別の例を説明するための図である。 可塑化部および塗布装置の一例を説明するための図である。 可塑化部および塗布装置の別の例を説明するための図である。 可塑化部および塗布装置の別の例を説明するための図である。 可塑化部および塗布装置の別の例を説明するための図である。 可塑化部および塗布装置の別の例を説明するための図である。 本発明で使用され得る塗布装置を説明するための図である。 本発明で使用され得る吐出口の形状を説明するための図である。 本発明で使用され得る吐出口の形状を説明するための図である。 本発明の製造装置の全体の構成の一例を説明するための図である。 本発明で使用され得る吐出口の形状を説明するための図である。

符号の説明

１０ 微細な凹凸部
１１ 成形型
１２ 溶融した熱可塑性樹脂
１３ 吐出口
２１ 下金型
２３ スタンパ
２４ 上金型
２５ 成形体
１３１ 塗布装置
１３２ 可塑化部
１３３ 可撓性を有する流路
１４０ スタンパ
１４１ 下金型
１４２ 上金型
１４３ 竪型精密ディジタルプレス
１４７ ６分割された吐出口

Claims (11)

1. 表面に微細な凹凸部を有する成形型上に、溶融した熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、前記塗布した熱可塑性樹脂を金型によりプレスし、成形体の形状を整えるプレス工程と、前記塗布した熱可塑性樹脂を冷却し固化させる固化工程とを少なくとも有する成形体の製造方法であって、
   前記塗布工程が、吐出口を備えた塗布装置に前記熱可塑性樹脂を供給し、前記吐出口の先端部と前記成形型との距離によって最終製品の厚さが規制されるように、前記塗布装置を移動させながら、前記最終製品にほぼ近い形状および厚さに、前記微細な凹凸部の上方から前記熱可塑性樹脂を吐出し、前記微細な凹凸部に前記熱可塑性樹脂を充填する工程であり、かつ前記微細な凹凸部に前記熱可塑性樹脂が付着するように、前記成形型を加熱することを特徴とする成形体の製造方法。
2. 前記固化工程が、プレス力を印加したまま前記熱可塑性樹脂を冷却し固化させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法。
3. 前記吐出口から前記微細な凹凸部の全体に前記熱可塑性樹脂が充填されるように、前記塗布装置が最大６自由度に移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形体の製造方法。
4. 前記微細な凹凸部が、１０ｎｍ〜１ｍｍの幅または直径を有するとともに、１０ｎｍ〜１ｍｍの深さまたは高さを有する形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
5. 成形体の厚さが５０μｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形体の製造方法。
6. 前記成形型が、少なくとも一方に微細な凹凸部を有する上下２枚の金型であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形体の製造方法。
7. 下記の(a)〜（i)の一連の工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
   (a) 上下２枚の金型を準備し、上金型のキャビティ面の温度を、下記のプレス工程で、前記上金型のキャビティ面に接触した熱可塑性樹脂の表層に固化層が形成されず、かつ印加されたプレス力の下で、前記上金型のキャビティ面の形状に変形しうる程度の軟化状態を維持できる温度まで昇温し、下金型のキャビティ面の温度を、下記塗布工程で吐出される熱可塑性樹脂が前記微細な凹凸部に粘着する温度まで昇温する金型昇温工程；
   (b) 吐出口を備えた塗布装置の前記吐出口から前記微細な凹凸部の全体に前記熱可塑性樹脂が充填されるように、前記塗布装置を移動させながら吐出を行い、かつ成形体の最終形状にほぼ近い形状まで塗布を行う塗布工程；
   (c) 上金型と下金型とを嵌合させ、加力発生器で下金型のキャビティ面と上金型のキャビティ面との間に存在する前記塗布した熱可塑性樹脂をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に前記熱可塑性樹脂の形状を整えるプレス工程；
   (d) 前記熱可塑性樹脂にプレス力を印加したまま、所望の温度になるまで熱可塑性樹脂を冷却し固化させる固化工程；
   (e) 前記上金型と下金型とを、嵌合している範囲で微量開く型緩め工程；
   (f) 前記上金型のキャビティ面と成形体との間、または下金型のキャビティ面と成形体との間のいずれか一方で、前記金型に搭載された剥離手段によって、キャビティ面と成形体とを剥離させる第一の剥離工程；
   (g) 前記(f)工程とは逆の剥離面で、前記金型に搭載された剥離手段によって、キャビティ面と成形体とを剥離させる第二の剥離工程；
   (h) 成形体を取り出せる程度まで金型を開く型開き工程；および
   (i) 成形体を金型外に取り出す成形体取り出し工程。
8. 前記工程(c)において、上金型と下金型とを嵌合させ、上金型のキャビティ面と熱可塑性樹脂上面との間に微小間隙を有する状態で、前記微小間隙内の空気を吸引し、減圧または略真空状態とした後に、前記上金型のキャビティ面と熱可塑性樹脂上面とを接触させ、プレス力を印加することを特徴とする請求項７に記載の成形体の製造方法。
9. 前記吐出口からの樹脂の吐出量は、前記成形型への溶融樹脂の塗布幅、塗布厚みおよび塗布速度によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法。
10. 表面に微細な凹凸部を有する成形型と、前記成形型を加熱する加熱手段および冷却する冷却手段と、前記微細な凹凸部に溶融した熱可塑性樹脂を充填する塗布装置とからなり、前記塗布装置が、熱可塑性樹脂を可塑化する可塑化部と、可塑化された溶融樹脂を貯える樹脂貯蔵部と、前記溶融した熱可塑性樹脂を吐出する吐出口とを備え、前記微細な凹凸部の上方から前記溶融した熱可塑性樹脂が最終製品にほぼ近い形状および厚さに吐出されるように、前記塗布装置が移動可能であるとともに、前記塗布装置は、前記吐出口の先端部と前記成形型との距離によって前記最終製品の厚さが規制されるように移動するものであり、かつ前記微細な凹凸部に前記熱可塑性樹脂が付着するように、前記成形型を加熱することを特徴とする成形体の製造装置。
11. 前記塗布装置が、最大６自由度に移動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の成形体の製造装置。

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