微細形状転写シートの製造方法
【課題】金型の加熱と冷却の１サイクルを短時間で行い、同時に金型表面の温度を均一化することができる、微細パターンが表面に賦形されたシートの製造方法と製造装置を提供すること。
【解決手段】微細形状パターンを備えかつ加熱された金型をシート材料に加圧しながら押しつけることにより該シート材料表面に微細形状パターンを転写し賦形させる微細形状転写シートの製造方法および製造装置において、金型を加熱および冷却する際、加熱用熱媒および冷却用冷媒を金型外部で循環してから、熱冷媒供給口を介して金型内部へ供給し、所望したとおりの微細形状が精度良く転写されて賦形されたシート材料を短時間で製造することができる、微細形状転写シートの製造方法および製造装置。
【解決手段】微細形状パターンを備えかつ加熱された金型をシート材料に加圧しながら押しつけることにより該シート材料表面に微細形状パターンを転写し賦形させる微細形状転写シートの製造方法および製造装置において、金型を加熱および冷却する際、加熱用熱媒および冷却用冷媒を金型外部で循環してから、熱冷媒供給口を介して金型内部へ供給し、所望したとおりの微細形状が精度良く転写されて賦形されたシート材料を短時間で製造することができる、微細形状転写シートの製造方法および製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンを有する金型を加熱、冷却しながら、金型をシート材料の表面に押し付けて、シート表面に微細パターンを賦形する微細形状転写シートの製造方法と製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シート材料の表面への微細形状の賦形は、光学系電子機器等の発達によりその需要は増加すると共に、大判化、薄膜化、低コスト化、高精度化等の様々な要求がなされ、それらに対応するための多くの技術が開発されてきた。
【０００３】
これらの要求に対して、熱インプリント技術を適用して、フィルムの表面に間欠的に微細凹凸パターンを形成する装置及び方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。これらの装置および方法では、熱可塑性樹脂からなるフィルムを、その構成材料のガラス転移点以上まで加熱した状態で、微細凹凸パターン付き金型にプレス転写し、その後、プレスを継続した状態でフィルムをガラス転移点以下まで冷却し、冷却完了後、プレス圧力を開放するとともに、フィルムに一定の張力を付加するだけで金型より離型するものである。このプロセスでは、フィルムあるいは金型の昇降温に長時間要するため、生産性低下、コスト増の要因になっていた。
【０００４】
そこで、金型あるいはフィルムの高速昇降温技術として、金型内部に熱媒と冷媒を切り替えて流すことにより、加熱と冷却を短時間で繰り返すことが有効であり、種々の装置、方法が提案されている。（特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６）。
【０００５】
特許文献３は冷却用の冷媒の循環路にベンチュリー機構を有する弁を備え、金型から流出してくる加熱用の熱媒を流し込み、当該弁のベンチュリー機構の吸い上げ作用を利用して加熱用の熱媒の排出を行うことを提案している。これにより加熱用の熱媒は循環路へ円滑に排出することができ、加熱工程時に金型の所定温度への昇温時間を短縮することができるとしている。しかしながら、この方法では金型を加熱させる際、蒸気を金型へ流し込むため、急激な圧力変動による熱媒の振動が発生し、熱媒である蒸気の流量がばらつき金型温度の不均一が問題となり、成形面の温度均一性が低く、成形品質の低下を引き起こすことがあった。
【０００６】
また特許文献４は、金型の加熱用熱媒と冷却用冷媒をそれぞれ貯留するためのバッファ装置を有すること、当該バッファ装置に貯留される媒体量が金型内を流通する媒体量とほぼ同じ量であることを提案している。これにより、熱媒と冷媒が混合することなく、効率よく短時間で熱媒と冷媒の切り替えが可能となる。しかしながら、この装置では金型内の流体流通路が互いに平行に形成されているが、金型内の各流体流通路に同時に媒体を流すための機構を有していない。そのため、金型内に残留している媒体を押し出しながら媒体を切り替えることから、媒体の流入口に近い流体流通路と流入口から離れた流体流通路では温度差が生じ、成形面の温度均一性が低く、成形品質の低下を引き起こすことがあった。
【０００７】
さらに特許文献５では、金型を加熱および冷却するための、加熱ユニットおよび冷却ユニットに、それぞれ加熱媒体タンクおよび冷却媒体タンクを有することで、それぞれの媒体の循環回路が独立している方式を提案している。そのため、金型の加熱と冷却を切り替える際、加熱媒体と冷却媒体が混ざることはなく、媒体を再加熱または再冷却する必要が少ないため、熱媒と冷媒の切り替えを短時間で行うことができる。しかしながら、特許文献４と同様に金型内の各媒体流路に同時に媒体を流すための機構を有しておらず、金型における媒体通路の入口に近い媒体流路と、媒体通路の入口から遠い媒体流路では温度差が生じ、成形面の温度均一性が低く、成形品質の低下を引き起こすことがあった。
【０００８】
また、特許文献６は、金型温度調整用媒体のためのマニホールドと、そのマニホールドから複数の媒体流路を金型内に設けることで平面状金型の表面温度の調整方法を提案している。金型内の熱媒流路を規則的に複数設けることで、金型内を流れる熱媒および冷媒の単位時間あたりの流量を多くすることができ、金型表面全面を均一かつ短時間で温度調整することができる。しかしながら、本システムでは、冷却工程から加熱工程に移行する際、つまり冷却水から蒸気に切り替える際、圧縮空気供給装置から圧縮空気をマニホールドと媒体流路に供給し、金型内の媒体流路内の冷却水を排出する工程を必要としている。これは、１サイクルの時間をできるだけ短くし生産効率の向上を考えた場合、金型の冷却工程から加熱工程の間に金型内の冷却水除去の工程が追加され、１サイクルの時間を短くするには障害となる。また蒸気および冷却媒体は、導入側マニホールド部から供給され金型内の直線状の通路内を通り排出側マニホールドへ導かれる。この場合、導入側マニホールドの媒体供給位置付近から搬出側マニホールドの媒体排出口にかけて、金型表面に温度勾配が生じるため短時間で金型表面の温度を均一にすることは困難となる。
【０００９】
さらには熱媒に蒸気を使用し、冷媒には冷却水を使用し、加熱時と冷却時に異なる媒体を使用しているため、それぞれの媒体の温度調整装置が必要なだけでなく、蒸気を生成するためにはボイラが必要であり、消費エネルギーも大きくメンテナンス時の負担も大きい。
【００１０】
また蒸気は金型内部の媒体を冷却水から蒸気に切り替える際、その冷却水に含まれる酸素に起因して金型内部が腐食しやすくなるという問題も考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１９９４５５号公報
【特許文献２】特開２００５−３１０２８６号公報
【特許文献３】特開２００４−１５５０９９号公報
【特許文献４】特開２００８−２３８４１号公報
【特許文献５】特開２００５−２２１８６号公報
【特許文献６】特開２００７−８３４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明の目的は上述したような点を鑑み、シート材料の表面に転写し賦形させる微細形状転写シートを製造する方法及び装置において、金型の加熱と冷却に同一の媒体を用い、加熱から冷却と冷却から加熱の１サイクルを短時間で行うことが可能であり、同時に金型表面の温度を均一化することができる、微細パターンが表面に賦形されたシートの製造方法と製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成する本発明の微細形状転写シートの製造方法は以下の構成を有する。
【発明の効果】
【００１４】
（i）前記（１）および（４）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造方法によれば、金型を加熱および冷却する際、加熱用熱媒および冷却用冷媒はマニホールドを含む金型外部で循環してから、金型側面の熱冷媒供給口を介して金型内部へ供給されるため、金型表面全面で均一な温度分布を得ることができ、所望したとおりの微細形状が精度良く転写されて賦形されたシート材料を短時間で製造することができる。
【００１５】
（ii）特に、前記（２）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造方法によれば、加熱用熱媒および冷却用冷媒はマニホールドを含む金型外部で循環する際、前記金型の熱冷媒供給口近くに設置した前記マニホールを介すことで、前記マニホールド端部に設けた循環口を閉じると前記金型の全ての熱冷媒供給口に同時かつ均一に熱冷媒が供給されるため、より短時間の加熱冷却で均一な温度分布が得られる。
【００１６】
（iii）前記（３）および（５）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造方法および製造装置によれば、前記金型内の熱冷媒流れが逆向きに流れることで、熱冷媒流れ方向の前記金型表面の温度勾配を緩和することができるため、より均一な温度分布を得ることができる。
（iv）前記（６）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造装置によれば、前記供給マニホールドから前記排気マニホールまでの熱冷媒流路長さをそれぞれ等しくすることで、熱冷媒流れの流速が均一になり、金型表面全面で均一な温度分布を得られることから、所望したとおりの微細形状が精度良く転写されて賦形されたシート材料を短時間で製造することができる。
【００１７】
（v）特に、前記（７）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造装置によれば、前記熱冷媒流路が金型平面中心に対して点対称に配置されることにより、金型内の流路間の流速ばらつきをより小さくでき、金型表面でより均一な温度分布を得ることができる。
【００１８】
（vi）前記（８）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造装置によれば、前記供給マニホールドの供給分岐口の出口に熱冷媒流量調整用ジグを設置することにより、前記金型内の各熱冷媒流路内を流れる熱冷媒流量を更に精度良く調整できるため、さらに均一な温度分布性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】微細形状転写シートの製造装置の概略断面図である。
【図２】微細形状転写シートの製造装置に用いる金型と、金型の温度調整をするための熱冷媒循環回路を、金型平面の上方から見た概略図である。
【図３】微細形状転写シートの製造方法における、熱媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図４】微細形状転写シートの製造方法における、熱媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図５】微細形状転写シートの製造方法における、冷媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図６】微細形状転写シートの製造方法における、冷媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図７】微細形状転写シートの製造装置に用いる金型と、本発明の別の形態の金型の温度調整をするための熱冷媒循環回路を、金型平面の上方から見た概略図である。
【図８】微細形状転写シートの製造方法における、熱媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図９】微細形状転写シートの製造方法における、熱媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図１０】微細形状転写シートの製造方法における、冷媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図１１】微細形状転写シートの製造方法における、冷媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図１２】微細形状転写シートの製造装置に用いる金型と、熱冷媒流量調整ジグを適用した熱冷媒循環回路を、金型平面の上方から見た概略図である。
【図１３】微細形状転写シートの製造装置に用いることのできる金型の平面図である。
【図１４】微細形状転写シートの製造装置に用いることのできる金型の側面図である。
【図１５】比較例１の説明図である。
【図１６】比較例２の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面などを参照しながら、更に詳しく本発明の微細形状転写シートの製造方法と製造装置について説明する。
【００２１】
本発明の微細形状転写シートの製造装置は、シート状の樹脂基材および微細形状を備えた金型を加熱し、両者を接触、加圧させることによって前記樹脂基材表面に前記微細形状を賦形する微細形状転写シートの製造装置であって、１）表面に転写形状を備え、熱媒および冷媒の流路が内部に複数かつ平行に配された金型と、２）熱媒および冷媒が供給される導入口と、前記金型へ熱媒および冷媒を供給する複数の供給分岐口と、熱媒および冷媒を金型へ供給せず循環する際、熱媒および冷媒を排出する循環口を備えた、供給マニホールドと、３）熱媒および冷媒を排出する排出口を備え、前記金型からの熱媒および冷媒が流入する複数の流入分岐口を備えた、排出マニホールドと、４）熱媒および冷媒をそれぞれ温度制御しながら循環する温調機ユニットと、５）前記金型と前記供給マニホールドと前記排出マニホールドと前記温調機ユニットを、熱媒および冷媒の流路となる配管で接続された配管ユニットと、６）前記配管ユニット内の熱媒および冷媒の流れ方向を切り替え、前記熱媒循環工程と、前記熱媒供給工程と、前記冷媒工程と、前記冷媒循環工程を可能にするバルブユニットと、７）前記バルブユニットの切り替えを制御する制御装置と、からなる熱冷媒循環回路を有することを特徴とする、微細形状転写シートの製造装置である。
【００２２】
図１は本発明の微細形状転写シートの製造装置の１実施態様例をシート材料の幅方向から見た概略断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の微細形状転写シートの製造装置１は、制御装置９と、プレスユニット１０と、離型ユニット２０と、金型温調ユニット３０と、巻出ユニット５０、巻取ユニット６０から構成される。巻出ユニット５０でロール状に巻き取られたフィルム２が、巻き出されて、プレスユニット１０で金型３の微細凹凸形状が加工された表面３ａに押しつけられて、フィルムの成形面２ａに微細凹凸などの微細形状が転写成形され、巻取ユニット６０によりロール状に巻き取られる。巻出ユニット５０と巻取ユニット６０は、シート材料たるフィルムの搬送装置であり、連続状のシート状物を加工するのでなく、枚葉状のシートなど１枚ずつ加工する場合には用いなくてもよい。搬送系は、巻出ユニット５０、巻出ロール回転手段５１、ガイドロール５２ａ〜ｄ、引出バッファ部５３、フィルム固定部５４、ボックス５５、吸引排気手段５６、センサー５７ａ、ｂ、巻取ユニット６０、巻取ロール回転手段６１、ガイドロール６２ａ〜ｄ、巻取バッファ部６３、搬送駆動ロール６４、フィルム固定部６５、ボックス６６、吸引排気手段６７、センサー６８ａ、ｂからなる。
【００２４】
次に本発明の特徴である、熱冷媒循環回路について説明する。
【００２５】
図２は、熱冷媒循環回路を、金型平面の上方から見た概略図であり、図３〜６は各熱冷媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【００２６】
図２に示すように、本発明の微細形状転写シートの製造装置は、
金型３と、
金型３と熱冷媒流路５とが接続され、熱冷媒が供給される導入口６ａ１と、金型３へ熱冷媒を供給する複数の供給分岐口６ａ２と、熱冷媒を金型３へ供給せず循環する際、熱冷媒を排出する循環口６ａ３を有する供給マニホールド６ａと、
金型３と熱冷媒流路５と接続され、熱冷媒を排出する排出口６ｂ１と、金型３から熱冷媒が流入する複数の流入分岐口６ｂ２を有する排出マニホールド６ｂと、
熱媒の温度を一定にするための加熱用温調機３１と、
冷媒の温度を一定にするための冷却用温調機３２と、
各構成部品間の熱媒流路を接続するための配管類と、
熱媒流路を変更するため配管の途中に設置されたバルブユニット（７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ）から構成される。
【００２７】
バルブユニットは以下のバルブで構成される。
バルブ７ａは、加熱用熱媒が加熱用温調機３１のみで循環することを制御するバルブであり、
バルブ７ｂは、加熱用温調機３１から供給マニホールド６ａへ熱媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ７ｃは、排出マニホールド６ｂから加熱用温調機３１へ熱媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ７ｄは、加熱用温調機３１と供給マニホールド６ａ間で熱媒の循環を制御するバルブであり、
バルブ８ａは、冷却用冷媒が冷却用温調機３２のみで循環することを制御するバルブであり、
バルブ８ｂは、冷却用温調機３２から供給マニホールド６ａへ冷媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ８ｃは、排出マニホールド６ｂから冷却用温調機３２へ冷媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ８ｄは、冷却用温調機３２と供給マニホールド６ａ間で冷媒の循環を制御するバルブである。
【００２８】
本発明に用いられる熱冷媒循環回路の各工程における動作について説明する。
図３は、熱媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。熱媒循環工程とは、金型３を加熱する前に、加熱用熱媒を金型外部で循環させる工程であり、さらに好ましくは、金型内熱冷媒流路５に冷媒が残存している間に、熱媒が供給マニホールド６ａから供給分岐口６ａ２へ排出されずに、供給マニホールド６ａ端部に設けた循環口６ａ３から排出することによって循環するものである。ここで、バルブ７ｃは閉、バルブ７ｄが開であるため、供給マニホールド６ａ内の熱媒は金型３へは供給されず、循環口６ａ３を介して加熱用温調機３１へ供給され循環する。この時、冷媒はバルブ８ａを開にして冷媒用温調機３２のみで循環する。
【００２９】
図４は、熱媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。熱媒供給工程とは、熱媒循環工程で循環していた加熱用熱媒を、金型３に設けた複数の熱冷媒流路５に同時に供給して金型３を加熱する工程であり、さらに好ましくは、熱媒の流路を循環口６ａ３から、熱冷媒供給口へ変更することによって始まるものである。ここで、バルブ７ｃは開、バルブ７ｄは閉であるため、供給マニホールド６ａ内の熱媒は、循環口６ａ３へは供給されず、供給分岐口６ａ２を介して金型内熱冷媒流路５へ供給され金型３を加熱後、排出マニホールド６ｂを介して加熱用温調機３１へ循環する。上述した熱媒循環工程を実施したことにより、熱媒供給工程直前の供給マニホールド６ａ内に残存していた冷媒が熱媒供給工程前に循環口６ａ３から排出されるために、熱媒供給工程が開始された時に、供給分岐口６ａ２を介してすべての流路に、冷媒が混じることなく、均等に加熱温調された熱媒のみ供給される。その結果、金型３の表面を全面で均一に素早く昇温させることが可能となる。
【００３０】
図５は、冷媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。冷媒循環工程とは、金型３を冷却する前に、冷却用冷媒を金型外部で循環させる冷媒循環工程であり、さらに好ましくは、金型内熱冷媒流路５に熱媒が残存している間に、冷媒が供給マニホールド６ａから供給分岐口６ａ２へ排出されずに、供給マニホールド６ａ端部に設けた循環口６ａ３から排出することによって循環するものである。ここで、バルブ８ｃは閉、バルブ８ｄが開であるため、供給マニホールド６ａ内の冷媒は金型３へは供給されず、循環口６ａ３を介して冷却用温調機３２へ供給され循環する。この時、熱媒はバルブ７ａを開にして熱媒用温調機３１のみで循環する。
図６は、冷媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。冷媒供給工程とは、循環していた冷却用冷媒を、金型３に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して金型３を冷却する工程であり、さらに好ましくは、冷媒の流路を循環口６ａ３から、供給分岐口６ａ２へ変更することによって始まるものである。ここで、バルブ８ｃは開、バルブ８ｄは閉であるため、供給マニホールド６ａ内の冷媒は、循環口６ａ３へは供給されず、供給分岐口６ａ２を介して金型内熱冷媒流路５へ供給され金型３を冷却後、排出マニホールド６ｂを介して冷却用温調機３２へ循環する。上述した冷却循環工程を実施することにより、冷却供給工程直前の供給マニホールド６ａ内に残存していた熱媒が冷媒供給工程前に循環口６ａ３から排出されるために、冷媒供給工程が開始された時に、供給分岐口６ａ２を介してすべての流路に、熱媒が混じることなく、均等に冷却温調された冷媒のみ供給される。その結果、金型３の表面が全面で均一に素早く降温させることが可能となる。
【００３１】
次に、より好ましい熱冷媒循環回路の形態について図面を用いて説明する。
【００３２】
図７は、熱冷媒循環回路の別の実施形態を、金型平面の上方から見た概略図であり、図８〜１１は図７に示した熱冷媒循環回路を適用して熱冷媒の流す場合の各バルブの開閉を示した説明図である。
【００３３】
図７に示す熱冷媒循環回路では供給マニホールド６ａは金型３を挟んで対向に設けられ、排出マニホールド６ｂは金型３を挟んで対向に設けられている。このような回路を構成することにより、金型両側から熱冷媒を供給できることから、流路あたり１本の長さが短くできるため、熱冷媒流量を増やすことが可能となり、加熱冷却の高速化が図れる。また、金型の両端から熱冷媒が出入りするため、流路方向での温度差を小さくでき、金型表面の温度均一化に有利であり好ましい。
【００３４】
また、供給マニホールド６ａの導入口６ａ１から金型内熱冷媒流路５を介して排出マニホールド６ｂの排出口６ｂ１までの熱冷媒流路長さがそれぞれ等しくなるように接続されている。熱冷媒流路長さが各流路で等しいため、流路間の流量差が少なくなり、金型表面温度均一化に有利でより好ましい。
【００３５】
また、図１２に示すように、供給マニホールド６ａの供給分岐口６ａ２の出口に熱冷媒流量調整用ジグ７ｅが設置されていることにより、各金型内熱冷媒流路５に均一な量の熱冷媒を供給することができることから、金型表面温度均一化に有利でより好ましい。流量調整ジグの設置場所は、各金型内熱冷媒流路５の熱冷媒の流量を均一にできるのならば、図１２の場所に限定されるものではない。
【００３６】
本発明に用いられる金型３について説明する。金型の転写面は、微細な立体形状パターンを有するものであり、金型に該パターンを形成する方法としては、機械加工、レーザー加工、フォトリソグラフィ、電子線描画方法等がある。ここで、金型に形成される「微細凹凸形状」とは、高さ１０ｎｍ〜１ｍｍ、周期１０ｎｍ〜１ｍｍで周期的に繰り返された凸形状が好ましいが、この範囲に限定されるものではない。凸形状の高さはより好ましくは１μｍ〜１００μｍであり、周期はより好ましくは１μｍ〜１００μｍである。また、凸形状の例としては、三角錐、円錐、四角柱、レンズ形状等に代表される任意の形状の突起物が離散状、ドット状で配されたものや、断面が三角、四角、台形、半円、楕円等に代表される任意の形状の突起物がストライプ状に配されたもの等がある。金型の材質としては、所望のプレス時の強度、パターン加工精度、フィルムの離型性が得られるものであればよく、例えば、ステンレス、ニッケル、銅等を含んだ金属材料、シリコーン、ガラス、セラミックス、樹脂、もしくは、これらの表面に離型性を向上させるための有機膜を被覆させたものが好ましく用いられる。該金型の微細なパターンは、フィルム表面に付与したい微細な凹凸パターンに対応して形成されているものである。
【００３７】
本発明に用いられる該金型３の内部には、該金型の賦形面を昇温する昇温手段を有することが好ましい。ここで、昇温手段とは、単なる保温（温度維持、または温度低下の抑制）のための加熱手段ではなく、現実に金型の温度の上昇を伴う手段である。また、本発明でいう金型とは、少なくとも転写面を有していて、該転写面を含んで一体的に形成されているものをいう。
【００３８】
金型３は、図１３の平面図、図１４の側面図を示したように、転写成形領域４を有しており、内部に熱冷媒流路５が設けられている。６ａは供給マニホールド、６ｂは排出マニホールドであり、Ｐは熱冷媒流路５を設けている流路ピッチ、Ｔは金型の厚み、Ｓは熱冷媒流路と金型表面までの距離（最短部）、Ｄは熱冷媒流路の径を示したものであり、昇温効果を確実に得て、本発明の効果をより効果的に得る上で、これら値には好適な範囲がある。本発明者らの各種知見によれば、Ｐ／Ｓの好適範囲は１〜４であり、１未満では表面の昇温速度が遅いことから効果的でなく、また４よりも大きいときには金型表面での温度ムラが発生することがあり望ましくない。また、金型の厚みＴは２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲が好ましく、２０ｍｍ未満では金型の平面度が悪くなる場合があり、被加工シート状物の寸法等によっては好ましくない。５０ｍｍよりも大きい場合には一般に昇温に時間がかかりすぎるようになり好ましくない。流路の径Ｄは、４ｍｍ〜８ｍｍの範囲が好ましく、４ｍｍ未満では流路の加工が難しくなることや圧損が大きくなる場合があり好ましくない。８ｍｍよりも大きい場合には、熱媒〜熱媒流路壁面の境膜伝熱係数が低下する方向であり、それに対応して昇温に要する時間が大きくなることになるので好ましくない。
【００３９】
供給マニホールド６ａ、排出マニホールド６ｂの内部の流路径Ｄ１は金型内の流路径Ｄ２の３倍以上有することが好ましい。各流路間での流速のばらつきが小さくなり全面で均一な温度で加熱、冷却が可能となる。
【００４０】
また、上述した転写成形領域４は、成形領域の温度分布の均一化を実現するために、端部に位置する熱冷媒流路よりも内側に該成形領域を設けることが好ましい。また、各熱冷媒流路における熱冷媒の流れ方向を、特に昇温中における温度ムラを小さくすることができることから、隣り合う流路で熱冷媒を逆向きに流すことも好ましい。ここで、「隣り合う流路」とは、１本１本で隣り合うことの他、２本ずつで隣り合うなどの複数本での隣り合い状態のものも含むものである。
【００４１】
なお、熱媒・冷媒とも同じ媒体が良く、特に、以下の理由により加熱、冷却ともに液体状の水を適用するのが好ましい。媒体循環による温調方法で、より速く加熱または冷却するためには、媒体流路の壁面付近の境界層の伝熱係数（境膜伝熱係数）を向上させることが有効である。境膜伝熱係数の向上化は媒体の高流速化、低粘度化により達成され、媒体種としては水が最も適している。通常、高温の媒体加熱制御では油を用いた方式が一般的であるが、水は、高温時、特に１００℃以上で加圧状態を保持すれば液体状態を保ち、油と比較すると粘度が圧倒的に低い。また、そのために低い圧力損失で高流速を実現できる。１８０℃以下の温度域であれば、媒体として油を用いるよりも水を乱流状態になるまで高流速で流す方がより高速かつ簡便なシステムでの温調が可能である。
そのような構成にすると、金型の冷却をより速く正確に行うことができる。熱媒と冷媒を切り替える際に金型内に残留している媒体を圧縮空気などで追い出す必要がないため１サイクルの時間短縮化につながる。特に、熱媒としては、１００℃以上に加熱された水を使用することが好ましい。冷媒としては、シートのガラス転移点温度以下に温調された水を使用することが好ましい。更に、効率良く伝熱できるように、流路内部のレイノズル数が１．０×１０４〜５０×１０４ の範囲になることが好ましい。
【００４２】
また、金型非加熱中でも熱冷媒は金型部以外で循環温調される構成が適用されるが、金型加熱中、非加熱中ともに熱媒が流れる流路（以下、熱媒循環共通流路）の内容積は金型の賦形面積に対して十分に確保することが好ましい。ここで、十分に確保するとは、１回の金型加熱過程で必要な熱媒体積以上の容積を確保することを言う。金型加熱過程で熱媒が金型内を通過後、十分に再加熱されずに金型内に再導入されると、熱媒の初期温度が低いために途中から加熱速度が鈍化し、金型昇温時間が長くなる。熱媒循環共通流路の内容積を十分に確保すれば、熱媒の初期温度の低下による加熱速度鈍化を防止できる。なお、市販の金型温調機はせいぜいヒータータンク容量が１０Ｌ程度で、ヒーター容量が２０ｋＷ程度であるので、１辺が３００ｍｍ以上の大きい賦形面積を持つ場合には、別途ヒーターを内装したバッファタンクを熱媒循環共通流路の途中に設けることが好ましい。
【００４３】
金型冷却中、金型非冷却中ともに冷媒が流れる流路（以下、冷媒循環共通流路）の内部容積についても上記と同様のことが言え、冷却速度鈍化の防止のために冷媒循環共通流路の途中でバッファタンク等の内容積増量手段を設けることが好ましい。
【００４４】
本発明の微細形状転写シートの製造装置に関して、熱冷媒循環回路以外の構成の例を図１を用いて説明する。下記の説明する機器の構成は一例であって、基材をプレス装置内に搬入、搬出できるものであれば、下記の構成に限られるものではない。
【００４５】
プレスユニット１０は、加圧プレート（上）１４ａが支柱１１と昇降ガイド１３をガイドにして昇降移動できるように、プレスシリンダー１２に連結されている。支柱１１はフレーム（上）１６ａとフレーム（下）１６ｂに挟まれるように配設されている。加圧プレート（上）１４ａの下面には、フィルムにある程度の厚みムラがあっても、全面でムラなくパターンの転写成形ができるように、クッションシート１７が配設されている。例えば、厚みが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍのエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴム等を好ましく用いることができる。
【００４６】
一方、加圧プレート（下）１４ｂの上面には金型３が取り付けられている。１８は断熱材である。
【００４７】
なお、金型３は加圧プレート（上）１４ａの下面に取り付けられてもよい。その場合は、クッションシート１７は加圧プレート（下）１４ｂの上面に配設される。
【００４８】
なお、各プレートのフィルム押圧面側の平面度は１０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５μｍ以下である。
【００４９】
プレスシリンダーは、図示していない油圧ポンプとオイルタンクに接続されており、油圧ポンプにより加圧プレート（上）１４ａの昇降動作および、加圧力の制御を行う。また、本実施形態では油圧方式のプレスシリンダーを適用しているが、加圧力を制御できる機構であれば、サーボプレスなどの高速プレスなど、いかなるものでもよい。
【００５０】
圧力範囲は０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａの範囲で制御できることが好ましく、さらに好ましくは、１ＭＰａで〜１０ＭＰａの範囲で制御できることが好ましい。
【００５１】
プレスシリンダーの昇圧速度は０．０１ＭＰａ／ｓ〜５ＭＰａ／ｓの範囲で制御できることが好ましく、さらに好ましくは、０．０５ＭＰａ／ｓ〜０．５ＭＰａ／ｓの範囲で制御できることが好ましい。
【００５２】
次に、微細形状を付与したフィルムを金型から剥がし、製品として取り出す離型ユニット２０について説明する。
【００５３】
図１に示したように、離型ユニットは剥離ロール２１と補助ロール２２から構成され、剥離ロール２１には図示しないが剥離ロール回転手段が接続されて、指定の回転数で回転制御される。剥離ロール回転手段２３は、回転数を制御できるものであればよいが、回転量を厳密に制御できるようにサーボモータがより好ましい。また、剥離ロール２１が回転しながら、金型３の表面に略平行にスムーズに移動できるように、直動用の案内ガイド等が加圧プレート（下）１４ｂの上面に取り付けられている。
【００５４】
一方、補助ロール２２は、剥離ロール２１の外表面に沿うように旋回できるように、図示しない補助ロール旋回手段が接続されている。該補助ロール旋回手段２４は電磁モータ、空圧を利用したアクチュエータ等、補助ロールを剥離ロールの周辺でその外周に沿って昇降移動させうるものであればいかなるものでもよい。そして、補助ロールの両端はロール軸心を中心に自在に回転できるように取り付けられている。
【００５５】
次に、実際にフィルムを金型表面から離型し、さらに、次に成形加工に供されるフィルムの供給動作を説明する。
【００５６】
離型動作前は、巻き取り側の端位置で、補助ロール２２を剥離ロール２１のほぼ上方まで旋回移動させる。その後、剥離ロール回転手段により剥離ロールを回転させる。剥離ロールは回転とともに、金型３の表面に沿ってフィルム巻出側へ直進移動し、同時に金型に貼り付いたフィルムを剥離ロールに抱きつかせながら離型していく。金型の全領域でフィルムの離型が完了すると、剥離ロールが回転しないようにブレーキをかけながら、下流側にある搬送駆動ロールを回転させてフィルムを引っ張る。すると、剥離ロールと補助ロールにフィルムが抱きついた状態で、剥離ロールと補助ロールのユニットがフィルム巻き取り側へ直進移動する。
【００５７】
剥離ロールが巻き取り側の端位置まで戻ったら、補助ロール旋回手段により、補助ロールを剥離ロールのほぼ下方に旋回移動させて、フィルムを開放する。上記の剥離動作は剥離ロールの回転速度に依存し、剥離速度はロールの周速とほぼ同速度で行える。そのため、厳密に剥離動作を制御することが可能となり、あらゆる成形材料、条件に対してもスムーズな剥離条件を容易に作り出すことができる。
【００５８】
上記のフィルム搬送装置たる巻出ユニット５０、巻取ユニット６０について説明する。巻出ユニット５０は巻出ロール回転手段５１と、搬送ロール５２ａ〜５２ｄと、引出バッファ部５３と、フィルム固定部５４から構成される。巻取ユニット６０は巻取ロール回転手段６１と、搬送ロール６２ａ〜６２ｄと、巻取バッファ部６３と、搬送駆動ロール６４と、フィルム固定部６５から構成される。
【００５９】
引出バッファ部５３、巻取バッファ部６３はそれぞれボックス５５、６６とこれらに接続された吸引排気手段５６、６７から構成される。吸引排気手段５６、６７は真空ポンプ等、エアーを吸引、排気できるものであれば良く、ボックス内のエアーを排気することにより、ボックス内に挿入されたフィルムの表裏面で圧力差を与えることにより、一定の張力を付与するとともにボックス内でフィルムを弛ませて保持する。ボックス内に挿入されるフィルムの長さは、フィルムを成形する前後で間欠的に搬送するフィルム長さ分が適当である。さらに、ボックス５５、６６内にはセンサー５７ａ、５７ｂ、６８ａ、６８ｂが取り付けられている。センサーは所定位置でフィルムを検知できるものであれば良い。上記した離型ユニットによりフィルムが離型、搬送されて、ボックス内でセンサー検知位置からフィルムが外れたときに、上下流の巻出ロール回転手段５１、あるいは巻取ロール回転手段６１を駆動して、フィルムを巻き出し、あるいは巻き取り、常に、ボックス内で所定位置にフィルムを弛ましておくことができる。
【００６０】
また、フィルム固定部５４、６５は表面に吸引孔が形成された平板であることが好ましいが、さらに、クリップでフィルムを挟む機構のもの、あるいは、これらを組み合わせたものでも良い。
【００６１】
フィルム固定部５４、６５はプレス動作を行うときは両方とも作動させる。そして、フィルムを離型するときはフィルム固定部５４を作動させてフィルムを固定し、フィルム固定部６５が開放させることが好ましい。また、フィルムを供給するときは、フィルム固定部５４、６５を両方とも開放することが好ましい。
【００６２】
搬送駆動ロール６４は図示しないがモータ等の回転駆動手段に連結されて、フィルム搬送時にはニップロール６４ａが搬送駆動ロール６４に近接し、フィルムを挟み、搬送駆動ロール６４にてトルク制御を行いながらフィルムを一定張力のもとで搬送する。
【００６３】
本装置に適用されるシート状物（フィルム）２は、ガラス転移点温度Ｔｇが、好ましくは４０〜１８０℃のものであり、より好ましくは５０〜１６０℃であり、最も好ましくは５０〜１２０℃である熱可塑性樹脂を主たる成分とするフィルムである。ガラス転移温度Ｔｇがこの範囲を下回ると、成形品の耐熱性が低くなり形状が経時変化するため好ましくない。また、この範囲を上回ると、成形温度を高くせざるを得ないものとなりエネルギー的に非効率であり、またフィルムの加熱／冷却時の体積変動が大きくなりフィルムが金型に噛み込んで離型できなくなったり、また離型できたとしてもパターンの転写精度が低下したり、部分的にパターンが欠けて欠点となる場合がある等の理由により好ましくない。
【００６４】
ここで、ガラス転移点温度Ｔｇとは、ＪＩＳ Ｋ７２４４に記載の方法に準じた方法により、試料動的振幅速さ（駆動周波数）は１Ｈｚ、引張りモード、チャック間距離５ｍｍ、昇温速度２℃／ｍｉｎ．での温度依存性（温度分散）を策定したときに、ｔａｎδが極大となる温度のことである。
【００６５】
本発明に適用される熱可塑性樹脂を主たる成分としたフィルム２は、好ましくは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２、６−ナフタレート、ポリプロピ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系樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステルアミド系樹脂、ポリエーテルエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、あるいはポリ塩化ビニル系樹脂などからなるものである。これらの中で共重合するモノマー種が多様であり、かつ、そのことによって材料物性の調整が容易であるなどの理由から、特にポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂またはこれらの混合物から選ばれる熱可塑性樹脂から主として形成されていることが好ましく、上述の熱可塑性樹脂が５０重量％以上からなることがさらに好ましい。
【００６６】
本発明に適用されるシート材料は、熱可塑性樹脂からなる薄板状物であれば適用できるが、特にフィルムであることが好ましく、該フィルムは、上述の樹脂の単体からなるフィルムであってもかまわないし、複数の樹脂層からなる積層体であってもよい。この場合、単体シートと比べて、易滑性や、耐摩擦性などの表面特性や、機械的強度、耐熱性を付与することができる。このように複数の樹脂層からなる積層体とした場合は、シート全体が前述の要件を満たすことが好ましいが、フィルム全体としては前述要件を満たしていなくても、少なくとも前述の要件を満たす層が表層に形成されていれば容易に表面を成形することができる。
【００６７】
また、本発明に適用されるシート材料（フィルム）の好ましい厚さ（厚み、膜厚）としては０．０１〜３ｍｍの範囲内にあることが好ましく、特に０．０１〜１ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。０．０１ｍｍ未満では成形するのに十分な厚みがなく、また、３ｍｍよりも大きいものの場合ではフィルムの剛性により搬送が一般に難しい。ただし、枚葉状に処理するシートであれば、搬送たわみ等を抑制するため、０．３ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上の厚みを有した板状体が好ましい。
【００６８】
本発明に適用される微細形状転写シートの製造方法は、金型に同一の媒体からなる加熱用の熱媒と冷却用の冷媒を、金型内熱冷媒流路に切り替えて供給することにより前記金型の温度調整を行い、金型の表面に形成された微細形状を、シート材料の表面に転写し賦形させる微細形状転写シートの製造方法であって、
１）前記金型を加熱する前に、前記加熱用熱媒を前記金型外部で循環させる熱媒循環工程と、
２）前記加熱用熱媒を、金型に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を加熱する熱媒供給工程と、
３）前記金型を冷却する前に、前記冷却用冷媒を前記金型外部で循環させる冷媒循環工程と、
４）前記冷却用冷媒を、金型に設けた複数の前記熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を冷却する冷媒供給工程と、
を有する。
【００６９】
より好ましくは、
１）前記金型の前記熱冷媒供給口に複数かつ並列に配置された分岐口を有する供給マニホールドを連結してなり、
２）前記熱媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に冷媒が残存している間に、熱媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた循環口から供給されることによって循環するものであり、
３）前記熱媒供給工程は、前記熱媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによって始まるものであり、
４）前記冷媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に熱媒が残存している間に、冷媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた前記循環口から排出することによって循環するものであり、
５）前記冷媒供給工程は、前記冷媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものである。
【００７０】
上記の発明の微細形状転写シートの製造方法の一例を、図１と図３〜６を用いて説明する。
（Ａ）あらかじめ、金型３をプレスユニット１０にセットした後、フィルム２を巻出ユニット５０にセットし、フィルム２の巻出部を引き出し、ガイドロールを経由し、プレスユニット内の金型の表面に沿わせ、さらに、離型ユニット２０を経由して、巻取ユニット６０で巻き取る（図１）。この時、前述の熱媒循環工程（図３）を行い、金型外部で熱媒を循環させておく。これにより、熱媒供給工程（図４）直前の供給マニホールド６ａ内に残存していた冷媒が熱媒供給工程前に循環口６ａ３から排出されるために、熱媒供給工程（図４）が開始された時に、供給分岐口６ａ２を介してすべての流路に、冷媒が混じることなく、均等に加熱温調された熱媒のみ供給される。その結果、金型３の表面が全面で均一に素早く昇温させることが可能となる。
【００７１】
（Ｂ）次に、前述の熱媒供給工程（図４）を行い金型を成形温度まで上昇させる。金型表面温度が成形温度まで上昇したことを確認後、前述の冷媒循環工程（図５）を行い、金型外部で冷媒を循環させておく。これにより、冷媒供給工程（図６）直前の供給マニホールド６ａ内に残存していた熱媒が冷媒供給工程前に循環口６ａ３から排出されるために、冷媒供給工程（図６）が開始された時に、供給分岐口６ａ２を介してすべての流路に、熱媒が混じることなく、均等に冷却温調された冷媒のみ供給される。その結果、金型３の表面が全面で均一に素早く降温させることが可能となる。
【００７２】
（Ｃ）プレスユニット１０を作動させて、加圧プレート（上）１４ａを下降させて、金型３の表面と加圧プレート（上）との間にフィルムを挟むようにプレスする。このとき、フィルム固定部５４および６５を作動させてフィルムを固定しておく。温度、プレス圧力、昇圧速度、加圧時間等の条件は、フィルムの材質、転写形状、特に凹凸のアスペクト比に依存する。概ね、成形温度は１００〜１８０℃、プレス圧力は１〜１０ＭＰａ、成形時間が１秒〜６０秒、昇圧速度は０．０５ＭＰａ／ｓ〜１ＭＰａ／ｓの範囲で設定される。
【００７３】
（Ｄ）成形時間経過後、前述の冷媒供給工程（図６）を行い金型内に冷媒が供給され金型の賦形面の温度が下がる。なお、冷却中もプレス加圧を継続していることが好ましい。冷却温度は金型表面の温度がフィルムを離型するのに十分に冷却されるように設定される。例えば、金型３の表面温度がフィルムのガラス転移点以下まで冷却を行うのが良い。
【００７４】
（Ｅ）冷却完了後、プレス圧力を開放して、加圧プレート（上）１４ａを離型ユニット２０がプレス装置内を水平移動させるのに十分なスペースを確保できる位置まで上昇させる。金型表面温度が冷却温度まで下がったことを確認後、前述の熱媒循環工程（図３）を行い、金型外部で熱媒を循環させておく。
【００７５】
（Ｆ）加圧プレート（上）１４ａが上昇を完了した後、フィルム固定部６５を開放して、離型ユニット２０を駆動してフィルムの離型および次に成形するフィルムを金型表面に引き出してくる。フィルムの離型が完了すると同時に、またはその直前から前述の熱媒供給工程（図４）を行い金型の加熱を開始する。金型表面温度が成形温度まで上昇したことを確認後、前述の冷媒循環工程（図６）を行い、金型外部で冷媒を循環させておく。
【００７６】
（Ｇ）フィルムの引き出しが終わると、フィルム固定部５４でフィルムを固定した後、補助ロールがもとの位置まで旋回して戻り、フィルム固定部６５でフィルムを固定する。新しいフィルムが供給されることにより、あらかじめ引出バッファ部５３で弛ましてあったフィルムが巻き取り側に引き出されるが、センサー５７ｂによりフィルムが検知する位置まで、巻出ロール回転手段を作動させて、巻出ロールから新たなフィルムが引出バッファ部に供給される。一方、成形が完了したフィルムが送り出されると、送り出された長さ相当のフィルムは、一時的に巻取バッファ部６３で保留され、センサー６８ａでフィルムを検知しなくなるまで、すなわち、新たに溜まった分の長さ相当のフィルムを、巻取ロール回転手段を作動させて巻き取る。
【００７７】
以降、上述した（Ｃ）からの動作を繰り返す。
【００７８】
上記の（Ｃ）〜（Ｇ）の動作により、金型の加熱・冷却の温調サイクルを賦形面内で少ない温度ムラですばやくできるので、高い生産性で間欠的フィルム成形を実現できる。
【００７９】
さらに好ましい他の例として、図７に示す構成の熱冷媒循環回路を用いて、上記（Ａ）〜（Ｇ）の工程を行うことにより、金型側面両側から熱冷媒を供給でき、流路あたり１本の長さが短くできるため、熱冷媒流量を増やすことが可能となり、加熱冷却の高速化が図れる。また、金型側面両端から熱冷媒が出入りするため、流路方向での温度差を小さくでき、金型表面の温度均一化に有利であり好ましい。
【００８０】
また、上記に説明した方法は、隣り合う金型内熱冷媒流路内の熱冷媒の流れが、逆向きになるように熱媒および冷媒が供給されているが、金型内熱冷媒流路の流れ方向が短い場合は、流路方向での温度差が金型表面の温度均一化へ与える影響が少ないため、金型の側面片側から熱冷媒を供給し、他端から熱冷媒を排出させ、隣り合う金型内熱冷媒流路内の熱冷媒の流れが同一方向の構成でもかまわない。
【００８１】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８２】
実施例１
（１）金型サイズ：４５０ｍｍ（フィルム走行方向）×４５０ｍｍ（フィルム幅方向）×２４ｍｍ（厚み）
（２）金型内熱冷媒流路：φ６×４５０ｍｍ×２５ｍｍピッチ、金型表面と配管との距離は９ｍｍ
（３）金型材質：銅
（４）熱媒温度：１４０℃（加圧温水）
（５）冷媒温度：６０℃（加圧温水）
（６）熱冷媒流量：１６Ｌ／ｍｉｎ（φ６金型内熱冷媒流路１本あたり）
（７）熱冷媒供給方法：図２のように隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるよう、金型側面片側に供給マニホールドと排出マニホールドを１組配置した。また、熱媒供給工程前には熱媒循環工程を実施し、冷媒供給工程前には冷媒循環工程を実施した。
（８）金型表面温度が冷却時の設定温度９０℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度９０℃から加熱時の１２０℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が１２０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は４．５秒であり、金型表面の温度差は３．０℃であった。
（９）金型表面温度が加熱時の設定温度１２０℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度１２０℃から冷却時の９０℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が９０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は４．５秒であり、金型表面の温度差は３．４℃であった。
【００８３】
本実施例では、本発明の構成および方法により、金型に形成された複数の流路に冷媒（または熱媒）が混じること無く、同時かつ均等に温度調節された熱媒（または冷媒）が供給される。この点が従来技術では為し得なかった作用であり、そのために、極めて高速な加熱冷却と温度均一化が実現できた。
【００８４】
実施例２
（１）金型サイズ：実施例１と同じ
（２）金型内熱冷媒流路：実施例１と同じ
（３）金型材質：実施例１と同じ
（４）熱媒温度：実施例１と同じ
（５）冷媒温度：実施例１と同じ
（６）熱冷媒流量：実施例１と同じ
（７）熱冷媒供給方法：図７のように隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるよう、金型側面両側に循環口を有した供給マニホールドと排出マニホールドをそれぞれ２組配置した。また、熱媒供給工程前には熱媒循環工程を実施し、冷媒供給工程前には冷媒循環工程を実施した。
（８）金型表面温度が冷却時の設定温度９０℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度９０℃から加熱時の１２０℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が１２０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は３．３秒であり、金型表面の温度差は３．３℃であった。
（９）金型表面温度が加熱時の設定温度１２０℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度１２０℃から冷却時の９０℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が９０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は３．６秒であり、金型表面の温度差は３．６℃であった。
【００８５】
本実施例では、本発明の構成および方法により、金型に形成された複数の流路に冷媒（または熱媒）が混じること無く、同時かつ均等に温度調節された熱媒（または冷媒）が供給される。さらに、金型両側から各流路に並列に熱冷媒を供給しているので、金型に対して多くの媒体量を供給でき、加熱冷却のさらなる高速化が図れる。これらの点が従来技術では為し得なかった作用であり、そのために、極めて高速な加熱冷却と温度均一化が実現できた。
【００８６】
比較例１
（１）金型サイズ：実施例１と同じ
（２）金型内熱冷媒流路：実施例１と同じ
（３）金型材質：実施例１と同じ
（４）熱媒温度：実施例１と同じ
（５）冷媒温度：実施例１と同じ
（６）熱冷媒流量：実施例１と同じ
（７）熱冷媒供給方法：図１５のように、金型側面の片側から供給マニホールドにより金型内熱冷媒流路へ熱冷媒を供給し、反対側金型側面には金型内熱冷媒流路からの熱冷媒をとなりの金型内熱冷媒流路へ折り返す配管を接続し、供給マニホールドと同じ金型側面の排出マニホールドへ金型内熱冷媒流路から熱冷媒を排出した。また、熱媒供給工程前に熱媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している冷媒を随時押し出しながら熱媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。同様に、冷媒供給工程前に冷媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している熱媒を随時押出ながら冷媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。
（８）金型表面温度が冷却時の設定温度９０℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度９０℃から加熱時の１２０℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が１２０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は６．５秒であり、金型表面の温度差は４．１℃であった。
（９）金型表面平均温度が１２０℃に到達後、５．０秒経過し確認した金型表面の温度差は３．８℃であり、金型表面温度差が大きく改善することはなかった。
（１０）金型表面温度が加熱時の設定温度１２０℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度１２０℃から冷却時の９０℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が９０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は４．８秒であり、金型表面の温度差は５．３℃であった。
（１１）金型表面平均温度が９０℃に到達後、５．０秒経過し確認した金型表面の温度差は４．６℃であり、金型表面温度差が大きく改善することはなかった。
【００８７】
比較例２
（１）金型サイズ：実施例１と同じ
（２）金型内熱冷媒流路：実施例１と同じ
（３）金型材質：実施例１と同じ
（４）熱媒温度：実施例１と同じ
（５）冷媒温度：実施例１と同じ
（６）熱冷媒流量：実施例１と同じ
（７）熱冷媒供給方法：図１６のように、隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるように、金型側面両側に供給マニホールドと排出マニホールドをそれぞれ２組配置した。また、熱媒供給工程前に熱媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している冷媒を随時押し出しながら熱媒を金型内熱冷媒流路へ供給する。同様に、冷媒供給工程前に冷媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している熱媒を随時押出ながら冷媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。
（８）金型表面温度が冷却時の設定温度９０℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度９０℃から加熱時の１２０℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が１２０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は４．８秒であり、金型表面の温度差は４．５℃であった。
（９）金型表面温度が加熱時の設定温度１２０℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度１２０℃から冷却時の９０℃になるまでの冷却時間と、金型表面が９０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は３．８秒であり、金型表面の温度差は５．６℃であった。
【符号の説明】
【００８８】
１：微細形状転写シートの製造装置
２：フィルム
３：金型
３ａ：金型表面
４：転写成形領域
５：熱冷媒流路
６ａ：供給マニホールド
６ａ１：導入口
６ａ２：供給分岐口
６ａ３：循環口
６ｂ：排出マニホールド
６ｂ１：排出口
６ｂ２：流入分岐口
７ａ〜７ｄ：熱媒制御バルブ
７ｅ：熱冷媒流量調整ジグ
８ａ〜８ｄ：冷媒制御バルブ
９：制御装置
１０：プレスユニット
１１：支柱
１２：プレスシリンダー
１３：昇降ガイド
１４ａ：加圧プレート（上）
１４ｂ：加圧プレート（下）
１６ａ：フレーム（上）
１６ｂ：フレーム（下）
１７：クッションシート
１８：断熱材
２０：離型ユニット
２１：剥離ロール
２２：補助ロール
３０：金型温調ユニット
３１：加熱用温調装置
３２：冷却用温調装置
５０：巻出ユニット
５１：巻出ロール回転手段
５２ａ〜ｄ：ガイドロール
５３：引出バッファ部
５４：フィルム固定部
５５：ボックス
５６：吸引排気手段
５７ａ、ｂ：センサー
６０：巻取ユニット
６１：巻取ロール回転手段
６２ａ〜ｄ：ガイドロール
６３：巻取バッファ部
６４：搬送駆動ロール
６５：フィルム固定部
６６：ボックス
６７：吸引排気手段
６８ａ、ｂ：センサー
Ｐ：流路ピッチ
Ｔ：金型の厚み
Ｓ：流路と金型表面までの距離（最短部）
Ｄ１：マニホールド内部の流路径
Ｄ２：金型内の熱冷媒流路径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンを有する金型を加熱、冷却しながら、金型をシート材料の表面に押し付けて、シート表面に微細パターンを賦形する微細形状転写シートの製造方法と製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シート材料の表面への微細形状の賦形は、光学系電子機器等の発達によりその需要は増加すると共に、大判化、薄膜化、低コスト化、高精度化等の様々な要求がなされ、それらに対応するための多くの技術が開発されてきた。
【０００３】
これらの要求に対して、熱インプリント技術を適用して、フィルムの表面に間欠的に微細凹凸パターンを形成する装置及び方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。これらの装置および方法では、熱可塑性樹脂からなるフィルムを、その構成材料のガラス転移点以上まで加熱した状態で、微細凹凸パターン付き金型にプレス転写し、その後、プレスを継続した状態でフィルムをガラス転移点以下まで冷却し、冷却完了後、プレス圧力を開放するとともに、フィルムに一定の張力を付加するだけで金型より離型するものである。このプロセスでは、フィルムあるいは金型の昇降温に長時間要するため、生産性低下、コスト増の要因になっていた。
【０００４】
そこで、金型あるいはフィルムの高速昇降温技術として、金型内部に熱媒と冷媒を切り替えて流すことにより、加熱と冷却を短時間で繰り返すことが有効であり、種々の装置、方法が提案されている。（特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６）。
【０００５】
特許文献３は冷却用の冷媒の循環路にベンチュリー機構を有する弁を備え、金型から流出してくる加熱用の熱媒を流し込み、当該弁のベンチュリー機構の吸い上げ作用を利用して加熱用の熱媒の排出を行うことを提案している。これにより加熱用の熱媒は循環路へ円滑に排出することができ、加熱工程時に金型の所定温度への昇温時間を短縮することができるとしている。しかしながら、この方法では金型を加熱させる際、蒸気を金型へ流し込むため、急激な圧力変動による熱媒の振動が発生し、熱媒である蒸気の流量がばらつき金型温度の不均一が問題となり、成形面の温度均一性が低く、成形品質の低下を引き起こすことがあった。
【０００６】
また特許文献４は、金型の加熱用熱媒と冷却用冷媒をそれぞれ貯留するためのバッファ装置を有すること、当該バッファ装置に貯留される媒体量が金型内を流通する媒体量とほぼ同じ量であることを提案している。これにより、熱媒と冷媒が混合することなく、効率よく短時間で熱媒と冷媒の切り替えが可能となる。しかしながら、この装置では金型内の流体流通路が互いに平行に形成されているが、金型内の各流体流通路に同時に媒体を流すための機構を有していない。そのため、金型内に残留している媒体を押し出しながら媒体を切り替えることから、媒体の流入口に近い流体流通路と流入口から離れた流体流通路では温度差が生じ、成形面の温度均一性が低く、成形品質の低下を引き起こすことがあった。
【０００７】
さらに特許文献５では、金型を加熱および冷却するための、加熱ユニットおよび冷却ユニットに、それぞれ加熱媒体タンクおよび冷却媒体タンクを有することで、それぞれの媒体の循環回路が独立している方式を提案している。そのため、金型の加熱と冷却を切り替える際、加熱媒体と冷却媒体が混ざることはなく、媒体を再加熱または再冷却する必要が少ないため、熱媒と冷媒の切り替えを短時間で行うことができる。しかしながら、特許文献４と同様に金型内の各媒体流路に同時に媒体を流すための機構を有しておらず、金型における媒体通路の入口に近い媒体流路と、媒体通路の入口から遠い媒体流路では温度差が生じ、成形面の温度均一性が低く、成形品質の低下を引き起こすことがあった。
【０００８】
また、特許文献６は、金型温度調整用媒体のためのマニホールドと、そのマニホールドから複数の媒体流路を金型内に設けることで平面状金型の表面温度の調整方法を提案している。金型内の熱媒流路を規則的に複数設けることで、金型内を流れる熱媒および冷媒の単位時間あたりの流量を多くすることができ、金型表面全面を均一かつ短時間で温度調整することができる。しかしながら、本システムでは、冷却工程から加熱工程に移行する際、つまり冷却水から蒸気に切り替える際、圧縮空気供給装置から圧縮空気をマニホールドと媒体流路に供給し、金型内の媒体流路内の冷却水を排出する工程を必要としている。これは、１サイクルの時間をできるだけ短くし生産効率の向上を考えた場合、金型の冷却工程から加熱工程の間に金型内の冷却水除去の工程が追加され、１サイクルの時間を短くするには障害となる。また蒸気および冷却媒体は、導入側マニホールド部から供給され金型内の直線状の通路内を通り排出側マニホールドへ導かれる。この場合、導入側マニホールドの媒体供給位置付近から搬出側マニホールドの媒体排出口にかけて、金型表面に温度勾配が生じるため短時間で金型表面の温度を均一にすることは困難となる。
【０００９】
さらには熱媒に蒸気を使用し、冷媒には冷却水を使用し、加熱時と冷却時に異なる媒体を使用しているため、それぞれの媒体の温度調整装置が必要なだけでなく、蒸気を生成するためにはボイラが必要であり、消費エネルギーも大きくメンテナンス時の負担も大きい。
【００１０】
また蒸気は金型内部の媒体を冷却水から蒸気に切り替える際、その冷却水に含まれる酸素に起因して金型内部が腐食しやすくなるという問題も考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１９９４５５号公報
【特許文献２】特開２００５−３１０２８６号公報
【特許文献３】特開２００４−１５５０９９号公報
【特許文献４】特開２００８−２３８４１号公報
【特許文献５】特開２００５−２２１８６号公報
【特許文献６】特開２００７−８３４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明の目的は上述したような点を鑑み、シート材料の表面に転写し賦形させる微細形状転写シートを製造する方法及び装置において、金型の加熱と冷却に同一の媒体を用い、加熱から冷却と冷却から加熱の１サイクルを短時間で行うことが可能であり、同時に金型表面の温度を均一化することができる、微細パターンが表面に賦形されたシートの製造方法と製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成する本発明の微細形状転写シートの製造方法は以下の構成を有する。
【発明の効果】
【００１４】
（i）前記（１）および（４）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造方法によれば、金型を加熱および冷却する際、加熱用熱媒および冷却用冷媒はマニホールドを含む金型外部で循環してから、金型側面の熱冷媒供給口を介して金型内部へ供給されるため、金型表面全面で均一な温度分布を得ることができ、所望したとおりの微細形状が精度良く転写されて賦形されたシート材料を短時間で製造することができる。
【００１５】
（ii）特に、前記（２）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造方法によれば、加熱用熱媒および冷却用冷媒はマニホールドを含む金型外部で循環する際、前記金型の熱冷媒供給口近くに設置した前記マニホールを介すことで、前記マニホールド端部に設けた循環口を閉じると前記金型の全ての熱冷媒供給口に同時かつ均一に熱冷媒が供給されるため、より短時間の加熱冷却で均一な温度分布が得られる。
【００１６】
（iii）前記（３）および（５）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造方法および製造装置によれば、前記金型内の熱冷媒流れが逆向きに流れることで、熱冷媒流れ方向の前記金型表面の温度勾配を緩和することができるため、より均一な温度分布を得ることができる。
（iv）前記（６）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造装置によれば、前記供給マニホールドから前記排気マニホールまでの熱冷媒流路長さをそれぞれ等しくすることで、熱冷媒流れの流速が均一になり、金型表面全面で均一な温度分布を得られることから、所望したとおりの微細形状が精度良く転写されて賦形されたシート材料を短時間で製造することができる。
【００１７】
（v）特に、前記（７）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造装置によれば、前記熱冷媒流路が金型平面中心に対して点対称に配置されることにより、金型内の流路間の流速ばらつきをより小さくでき、金型表面でより均一な温度分布を得ることができる。
【００１８】
（vi）前記（８）に記載の本発明の微細形状転写シートの製造装置によれば、前記供給マニホールドの供給分岐口の出口に熱冷媒流量調整用ジグを設置することにより、前記金型内の各熱冷媒流路内を流れる熱冷媒流量を更に精度良く調整できるため、さらに均一な温度分布性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】微細形状転写シートの製造装置の概略断面図である。
【図２】微細形状転写シートの製造装置に用いる金型と、金型の温度調整をするための熱冷媒循環回路を、金型平面の上方から見た概略図である。
【図３】微細形状転写シートの製造方法における、熱媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図４】微細形状転写シートの製造方法における、熱媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図５】微細形状転写シートの製造方法における、冷媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図６】微細形状転写シートの製造方法における、冷媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図７】微細形状転写シートの製造装置に用いる金型と、本発明の別の形態の金型の温度調整をするための熱冷媒循環回路を、金型平面の上方から見た概略図である。
【図８】微細形状転写シートの製造方法における、熱媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図９】微細形状転写シートの製造方法における、熱媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図１０】微細形状転写シートの製造方法における、冷媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図１１】微細形状転写シートの製造方法における、冷媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【図１２】微細形状転写シートの製造装置に用いる金型と、熱冷媒流量調整ジグを適用した熱冷媒循環回路を、金型平面の上方から見た概略図である。
【図１３】微細形状転写シートの製造装置に用いることのできる金型の平面図である。
【図１４】微細形状転写シートの製造装置に用いることのできる金型の側面図である。
【図１５】比較例１の説明図である。
【図１６】比較例２の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面などを参照しながら、更に詳しく本発明の微細形状転写シートの製造方法と製造装置について説明する。
【００２１】
本発明の微細形状転写シートの製造装置は、シート状の樹脂基材および微細形状を備えた金型を加熱し、両者を接触、加圧させることによって前記樹脂基材表面に前記微細形状を賦形する微細形状転写シートの製造装置であって、１）表面に転写形状を備え、熱媒および冷媒の流路が内部に複数かつ平行に配された金型と、２）熱媒および冷媒が供給される導入口と、前記金型へ熱媒および冷媒を供給する複数の供給分岐口と、熱媒および冷媒を金型へ供給せず循環する際、熱媒および冷媒を排出する循環口を備えた、供給マニホールドと、３）熱媒および冷媒を排出する排出口を備え、前記金型からの熱媒および冷媒が流入する複数の流入分岐口を備えた、排出マニホールドと、４）熱媒および冷媒をそれぞれ温度制御しながら循環する温調機ユニットと、５）前記金型と前記供給マニホールドと前記排出マニホールドと前記温調機ユニットを、熱媒および冷媒の流路となる配管で接続された配管ユニットと、６）前記配管ユニット内の熱媒および冷媒の流れ方向を切り替え、前記熱媒循環工程と、前記熱媒供給工程と、前記冷媒工程と、前記冷媒循環工程を可能にするバルブユニットと、７）前記バルブユニットの切り替えを制御する制御装置と、からなる熱冷媒循環回路を有することを特徴とする、微細形状転写シートの製造装置である。
【００２２】
図１は本発明の微細形状転写シートの製造装置の１実施態様例をシート材料の幅方向から見た概略断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の微細形状転写シートの製造装置１は、制御装置９と、プレスユニット１０と、離型ユニット２０と、金型温調ユニット３０と、巻出ユニット５０、巻取ユニット６０から構成される。巻出ユニット５０でロール状に巻き取られたフィルム２が、巻き出されて、プレスユニット１０で金型３の微細凹凸形状が加工された表面３ａに押しつけられて、フィルムの成形面２ａに微細凹凸などの微細形状が転写成形され、巻取ユニット６０によりロール状に巻き取られる。巻出ユニット５０と巻取ユニット６０は、シート材料たるフィルムの搬送装置であり、連続状のシート状物を加工するのでなく、枚葉状のシートなど１枚ずつ加工する場合には用いなくてもよい。搬送系は、巻出ユニット５０、巻出ロール回転手段５１、ガイドロール５２ａ〜ｄ、引出バッファ部５３、フィルム固定部５４、ボックス５５、吸引排気手段５６、センサー５７ａ、ｂ、巻取ユニット６０、巻取ロール回転手段６１、ガイドロール６２ａ〜ｄ、巻取バッファ部６３、搬送駆動ロール６４、フィルム固定部６５、ボックス６６、吸引排気手段６７、センサー６８ａ、ｂからなる。
【００２４】
次に本発明の特徴である、熱冷媒循環回路について説明する。
【００２５】
図２は、熱冷媒循環回路を、金型平面の上方から見た概略図であり、図３〜６は各熱冷媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。
【００２６】
図２に示すように、本発明の微細形状転写シートの製造装置は、
金型３と、
金型３と熱冷媒流路５とが接続され、熱冷媒が供給される導入口６ａ１と、金型３へ熱冷媒を供給する複数の供給分岐口６ａ２と、熱冷媒を金型３へ供給せず循環する際、熱冷媒を排出する循環口６ａ３を有する供給マニホールド６ａと、
金型３と熱冷媒流路５と接続され、熱冷媒を排出する排出口６ｂ１と、金型３から熱冷媒が流入する複数の流入分岐口６ｂ２を有する排出マニホールド６ｂと、
熱媒の温度を一定にするための加熱用温調機３１と、
冷媒の温度を一定にするための冷却用温調機３２と、
各構成部品間の熱媒流路を接続するための配管類と、
熱媒流路を変更するため配管の途中に設置されたバルブユニット（７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ）から構成される。
【００２７】
バルブユニットは以下のバルブで構成される。
バルブ７ａは、加熱用熱媒が加熱用温調機３１のみで循環することを制御するバルブであり、
バルブ７ｂは、加熱用温調機３１から供給マニホールド６ａへ熱媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ７ｃは、排出マニホールド６ｂから加熱用温調機３１へ熱媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ７ｄは、加熱用温調機３１と供給マニホールド６ａ間で熱媒の循環を制御するバルブであり、
バルブ８ａは、冷却用冷媒が冷却用温調機３２のみで循環することを制御するバルブであり、
バルブ８ｂは、冷却用温調機３２から供給マニホールド６ａへ冷媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ８ｃは、排出マニホールド６ｂから冷却用温調機３２へ冷媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ８ｄは、冷却用温調機３２と供給マニホールド６ａ間で冷媒の循環を制御するバルブである。
【００２８】
本発明に用いられる熱冷媒循環回路の各工程における動作について説明する。
図３は、熱媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。熱媒循環工程とは、金型３を加熱する前に、加熱用熱媒を金型外部で循環させる工程であり、さらに好ましくは、金型内熱冷媒流路５に冷媒が残存している間に、熱媒が供給マニホールド６ａから供給分岐口６ａ２へ排出されずに、供給マニホールド６ａ端部に設けた循環口６ａ３から排出することによって循環するものである。ここで、バルブ７ｃは閉、バルブ７ｄが開であるため、供給マニホールド６ａ内の熱媒は金型３へは供給されず、循環口６ａ３を介して加熱用温調機３１へ供給され循環する。この時、冷媒はバルブ８ａを開にして冷媒用温調機３２のみで循環する。
【００２９】
図４は、熱媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。熱媒供給工程とは、熱媒循環工程で循環していた加熱用熱媒を、金型３に設けた複数の熱冷媒流路５に同時に供給して金型３を加熱する工程であり、さらに好ましくは、熱媒の流路を循環口６ａ３から、熱冷媒供給口へ変更することによって始まるものである。ここで、バルブ７ｃは開、バルブ７ｄは閉であるため、供給マニホールド６ａ内の熱媒は、循環口６ａ３へは供給されず、供給分岐口６ａ２を介して金型内熱冷媒流路５へ供給され金型３を加熱後、排出マニホールド６ｂを介して加熱用温調機３１へ循環する。上述した熱媒循環工程を実施したことにより、熱媒供給工程直前の供給マニホールド６ａ内に残存していた冷媒が熱媒供給工程前に循環口６ａ３から排出されるために、熱媒供給工程が開始された時に、供給分岐口６ａ２を介してすべての流路に、冷媒が混じることなく、均等に加熱温調された熱媒のみ供給される。その結果、金型３の表面を全面で均一に素早く昇温させることが可能となる。
【００３０】
図５は、冷媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。冷媒循環工程とは、金型３を冷却する前に、冷却用冷媒を金型外部で循環させる冷媒循環工程であり、さらに好ましくは、金型内熱冷媒流路５に熱媒が残存している間に、冷媒が供給マニホールド６ａから供給分岐口６ａ２へ排出されずに、供給マニホールド６ａ端部に設けた循環口６ａ３から排出することによって循環するものである。ここで、バルブ８ｃは閉、バルブ８ｄが開であるため、供給マニホールド６ａ内の冷媒は金型３へは供給されず、循環口６ａ３を介して冷却用温調機３２へ供給され循環する。この時、熱媒はバルブ７ａを開にして熱媒用温調機３１のみで循環する。
図６は、冷媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。冷媒供給工程とは、循環していた冷却用冷媒を、金型３に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して金型３を冷却する工程であり、さらに好ましくは、冷媒の流路を循環口６ａ３から、供給分岐口６ａ２へ変更することによって始まるものである。ここで、バルブ８ｃは開、バルブ８ｄは閉であるため、供給マニホールド６ａ内の冷媒は、循環口６ａ３へは供給されず、供給分岐口６ａ２を介して金型内熱冷媒流路５へ供給され金型３を冷却後、排出マニホールド６ｂを介して冷却用温調機３２へ循環する。上述した冷却循環工程を実施することにより、冷却供給工程直前の供給マニホールド６ａ内に残存していた熱媒が冷媒供給工程前に循環口６ａ３から排出されるために、冷媒供給工程が開始された時に、供給分岐口６ａ２を介してすべての流路に、熱媒が混じることなく、均等に冷却温調された冷媒のみ供給される。その結果、金型３の表面が全面で均一に素早く降温させることが可能となる。
【００３１】
次に、より好ましい熱冷媒循環回路の形態について図面を用いて説明する。
【００３２】
図７は、熱冷媒循環回路の別の実施形態を、金型平面の上方から見た概略図であり、図８〜１１は図７に示した熱冷媒循環回路を適用して熱冷媒の流す場合の各バルブの開閉を示した説明図である。
【００３３】
図７に示す熱冷媒循環回路では供給マニホールド６ａは金型３を挟んで対向に設けられ、排出マニホールド６ｂは金型３を挟んで対向に設けられている。このような回路を構成することにより、金型両側から熱冷媒を供給できることから、流路あたり１本の長さが短くできるため、熱冷媒流量を増やすことが可能となり、加熱冷却の高速化が図れる。また、金型の両端から熱冷媒が出入りするため、流路方向での温度差を小さくでき、金型表面の温度均一化に有利であり好ましい。
【００３４】
また、供給マニホールド６ａの導入口６ａ１から金型内熱冷媒流路５を介して排出マニホールド６ｂの排出口６ｂ１までの熱冷媒流路長さがそれぞれ等しくなるように接続されている。熱冷媒流路長さが各流路で等しいため、流路間の流量差が少なくなり、金型表面温度均一化に有利でより好ましい。
【００３５】
また、図１２に示すように、供給マニホールド６ａの供給分岐口６ａ２の出口に熱冷媒流量調整用ジグ７ｅが設置されていることにより、各金型内熱冷媒流路５に均一な量の熱冷媒を供給することができることから、金型表面温度均一化に有利でより好ましい。流量調整ジグの設置場所は、各金型内熱冷媒流路５の熱冷媒の流量を均一にできるのならば、図１２の場所に限定されるものではない。
【００３６】
本発明に用いられる金型３について説明する。金型の転写面は、微細な立体形状パターンを有するものであり、金型に該パターンを形成する方法としては、機械加工、レーザー加工、フォトリソグラフィ、電子線描画方法等がある。ここで、金型に形成される「微細凹凸形状」とは、高さ１０ｎｍ〜１ｍｍ、周期１０ｎｍ〜１ｍｍで周期的に繰り返された凸形状が好ましいが、この範囲に限定されるものではない。凸形状の高さはより好ましくは１μｍ〜１００μｍであり、周期はより好ましくは１μｍ〜１００μｍである。また、凸形状の例としては、三角錐、円錐、四角柱、レンズ形状等に代表される任意の形状の突起物が離散状、ドット状で配されたものや、断面が三角、四角、台形、半円、楕円等に代表される任意の形状の突起物がストライプ状に配されたもの等がある。金型の材質としては、所望のプレス時の強度、パターン加工精度、フィルムの離型性が得られるものであればよく、例えば、ステンレス、ニッケル、銅等を含んだ金属材料、シリコーン、ガラス、セラミックス、樹脂、もしくは、これらの表面に離型性を向上させるための有機膜を被覆させたものが好ましく用いられる。該金型の微細なパターンは、フィルム表面に付与したい微細な凹凸パターンに対応して形成されているものである。
【００３７】
本発明に用いられる該金型３の内部には、該金型の賦形面を昇温する昇温手段を有することが好ましい。ここで、昇温手段とは、単なる保温（温度維持、または温度低下の抑制）のための加熱手段ではなく、現実に金型の温度の上昇を伴う手段である。また、本発明でいう金型とは、少なくとも転写面を有していて、該転写面を含んで一体的に形成されているものをいう。
【００３８】
金型３は、図１３の平面図、図１４の側面図を示したように、転写成形領域４を有しており、内部に熱冷媒流路５が設けられている。６ａは供給マニホールド、６ｂは排出マニホールドであり、Ｐは熱冷媒流路５を設けている流路ピッチ、Ｔは金型の厚み、Ｓは熱冷媒流路と金型表面までの距離（最短部）、Ｄは熱冷媒流路の径を示したものであり、昇温効果を確実に得て、本発明の効果をより効果的に得る上で、これら値には好適な範囲がある。本発明者らの各種知見によれば、Ｐ／Ｓの好適範囲は１〜４であり、１未満では表面の昇温速度が遅いことから効果的でなく、また４よりも大きいときには金型表面での温度ムラが発生することがあり望ましくない。また、金型の厚みＴは２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲が好ましく、２０ｍｍ未満では金型の平面度が悪くなる場合があり、被加工シート状物の寸法等によっては好ましくない。５０ｍｍよりも大きい場合には一般に昇温に時間がかかりすぎるようになり好ましくない。流路の径Ｄは、４ｍｍ〜８ｍｍの範囲が好ましく、４ｍｍ未満では流路の加工が難しくなることや圧損が大きくなる場合があり好ましくない。８ｍｍよりも大きい場合には、熱媒〜熱媒流路壁面の境膜伝熱係数が低下する方向であり、それに対応して昇温に要する時間が大きくなることになるので好ましくない。
【００３９】
供給マニホールド６ａ、排出マニホールド６ｂの内部の流路径Ｄ１は金型内の流路径Ｄ２の３倍以上有することが好ましい。各流路間での流速のばらつきが小さくなり全面で均一な温度で加熱、冷却が可能となる。
【００４０】
また、上述した転写成形領域４は、成形領域の温度分布の均一化を実現するために、端部に位置する熱冷媒流路よりも内側に該成形領域を設けることが好ましい。また、各熱冷媒流路における熱冷媒の流れ方向を、特に昇温中における温度ムラを小さくすることができることから、隣り合う流路で熱冷媒を逆向きに流すことも好ましい。ここで、「隣り合う流路」とは、１本１本で隣り合うことの他、２本ずつで隣り合うなどの複数本での隣り合い状態のものも含むものである。
【００４１】
なお、熱媒・冷媒とも同じ媒体が良く、特に、以下の理由により加熱、冷却ともに液体状の水を適用するのが好ましい。媒体循環による温調方法で、より速く加熱または冷却するためには、媒体流路の壁面付近の境界層の伝熱係数（境膜伝熱係数）を向上させることが有効である。境膜伝熱係数の向上化は媒体の高流速化、低粘度化により達成され、媒体種としては水が最も適している。通常、高温の媒体加熱制御では油を用いた方式が一般的であるが、水は、高温時、特に１００℃以上で加圧状態を保持すれば液体状態を保ち、油と比較すると粘度が圧倒的に低い。また、そのために低い圧力損失で高流速を実現できる。１８０℃以下の温度域であれば、媒体として油を用いるよりも水を乱流状態になるまで高流速で流す方がより高速かつ簡便なシステムでの温調が可能である。
そのような構成にすると、金型の冷却をより速く正確に行うことができる。熱媒と冷媒を切り替える際に金型内に残留している媒体を圧縮空気などで追い出す必要がないため１サイクルの時間短縮化につながる。特に、熱媒としては、１００℃以上に加熱された水を使用することが好ましい。冷媒としては、シートのガラス転移点温度以下に温調された水を使用することが好ましい。更に、効率良く伝熱できるように、流路内部のレイノズル数が１．０×１０４〜５０×１０４ の範囲になることが好ましい。
【００４２】
また、金型非加熱中でも熱冷媒は金型部以外で循環温調される構成が適用されるが、金型加熱中、非加熱中ともに熱媒が流れる流路（以下、熱媒循環共通流路）の内容積は金型の賦形面積に対して十分に確保することが好ましい。ここで、十分に確保するとは、１回の金型加熱過程で必要な熱媒体積以上の容積を確保することを言う。金型加熱過程で熱媒が金型内を通過後、十分に再加熱されずに金型内に再導入されると、熱媒の初期温度が低いために途中から加熱速度が鈍化し、金型昇温時間が長くなる。熱媒循環共通流路の内容積を十分に確保すれば、熱媒の初期温度の低下による加熱速度鈍化を防止できる。なお、市販の金型温調機はせいぜいヒータータンク容量が１０Ｌ程度で、ヒーター容量が２０ｋＷ程度であるので、１辺が３００ｍｍ以上の大きい賦形面積を持つ場合には、別途ヒーターを内装したバッファタンクを熱媒循環共通流路の途中に設けることが好ましい。
【００４３】
金型冷却中、金型非冷却中ともに冷媒が流れる流路（以下、冷媒循環共通流路）の内部容積についても上記と同様のことが言え、冷却速度鈍化の防止のために冷媒循環共通流路の途中でバッファタンク等の内容積増量手段を設けることが好ましい。
【００４４】
本発明の微細形状転写シートの製造装置に関して、熱冷媒循環回路以外の構成の例を図１を用いて説明する。下記の説明する機器の構成は一例であって、基材をプレス装置内に搬入、搬出できるものであれば、下記の構成に限られるものではない。
【００４５】
プレスユニット１０は、加圧プレート（上）１４ａが支柱１１と昇降ガイド１３をガイドにして昇降移動できるように、プレスシリンダー１２に連結されている。支柱１１はフレーム（上）１６ａとフレーム（下）１６ｂに挟まれるように配設されている。加圧プレート（上）１４ａの下面には、フィルムにある程度の厚みムラがあっても、全面でムラなくパターンの転写成形ができるように、クッションシート１７が配設されている。例えば、厚みが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍのエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴム等を好ましく用いることができる。
【００４６】
一方、加圧プレート（下）１４ｂの上面には金型３が取り付けられている。１８は断熱材である。
【００４７】
なお、金型３は加圧プレート（上）１４ａの下面に取り付けられてもよい。その場合は、クッションシート１７は加圧プレート（下）１４ｂの上面に配設される。
【００４８】
なお、各プレートのフィルム押圧面側の平面度は１０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５μｍ以下である。
【００４９】
プレスシリンダーは、図示していない油圧ポンプとオイルタンクに接続されており、油圧ポンプにより加圧プレート（上）１４ａの昇降動作および、加圧力の制御を行う。また、本実施形態では油圧方式のプレスシリンダーを適用しているが、加圧力を制御できる機構であれば、サーボプレスなどの高速プレスなど、いかなるものでもよい。
【００５０】
圧力範囲は０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａの範囲で制御できることが好ましく、さらに好ましくは、１ＭＰａで〜１０ＭＰａの範囲で制御できることが好ましい。
【００５１】
プレスシリンダーの昇圧速度は０．０１ＭＰａ／ｓ〜５ＭＰａ／ｓの範囲で制御できることが好ましく、さらに好ましくは、０．０５ＭＰａ／ｓ〜０．５ＭＰａ／ｓの範囲で制御できることが好ましい。
【００５２】
次に、微細形状を付与したフィルムを金型から剥がし、製品として取り出す離型ユニット２０について説明する。
【００５３】
図１に示したように、離型ユニットは剥離ロール２１と補助ロール２２から構成され、剥離ロール２１には図示しないが剥離ロール回転手段が接続されて、指定の回転数で回転制御される。剥離ロール回転手段２３は、回転数を制御できるものであればよいが、回転量を厳密に制御できるようにサーボモータがより好ましい。また、剥離ロール２１が回転しながら、金型３の表面に略平行にスムーズに移動できるように、直動用の案内ガイド等が加圧プレート（下）１４ｂの上面に取り付けられている。
【００５４】
一方、補助ロール２２は、剥離ロール２１の外表面に沿うように旋回できるように、図示しない補助ロール旋回手段が接続されている。該補助ロール旋回手段２４は電磁モータ、空圧を利用したアクチュエータ等、補助ロールを剥離ロールの周辺でその外周に沿って昇降移動させうるものであればいかなるものでもよい。そして、補助ロールの両端はロール軸心を中心に自在に回転できるように取り付けられている。
【００５５】
次に、実際にフィルムを金型表面から離型し、さらに、次に成形加工に供されるフィルムの供給動作を説明する。
【００５６】
離型動作前は、巻き取り側の端位置で、補助ロール２２を剥離ロール２１のほぼ上方まで旋回移動させる。その後、剥離ロール回転手段により剥離ロールを回転させる。剥離ロールは回転とともに、金型３の表面に沿ってフィルム巻出側へ直進移動し、同時に金型に貼り付いたフィルムを剥離ロールに抱きつかせながら離型していく。金型の全領域でフィルムの離型が完了すると、剥離ロールが回転しないようにブレーキをかけながら、下流側にある搬送駆動ロールを回転させてフィルムを引っ張る。すると、剥離ロールと補助ロールにフィルムが抱きついた状態で、剥離ロールと補助ロールのユニットがフィルム巻き取り側へ直進移動する。
【００５７】
剥離ロールが巻き取り側の端位置まで戻ったら、補助ロール旋回手段により、補助ロールを剥離ロールのほぼ下方に旋回移動させて、フィルムを開放する。上記の剥離動作は剥離ロールの回転速度に依存し、剥離速度はロールの周速とほぼ同速度で行える。そのため、厳密に剥離動作を制御することが可能となり、あらゆる成形材料、条件に対してもスムーズな剥離条件を容易に作り出すことができる。
【００５８】
上記のフィルム搬送装置たる巻出ユニット５０、巻取ユニット６０について説明する。巻出ユニット５０は巻出ロール回転手段５１と、搬送ロール５２ａ〜５２ｄと、引出バッファ部５３と、フィルム固定部５４から構成される。巻取ユニット６０は巻取ロール回転手段６１と、搬送ロール６２ａ〜６２ｄと、巻取バッファ部６３と、搬送駆動ロール６４と、フィルム固定部６５から構成される。
【００５９】
引出バッファ部５３、巻取バッファ部６３はそれぞれボックス５５、６６とこれらに接続された吸引排気手段５６、６７から構成される。吸引排気手段５６、６７は真空ポンプ等、エアーを吸引、排気できるものであれば良く、ボックス内のエアーを排気することにより、ボックス内に挿入されたフィルムの表裏面で圧力差を与えることにより、一定の張力を付与するとともにボックス内でフィルムを弛ませて保持する。ボックス内に挿入されるフィルムの長さは、フィルムを成形する前後で間欠的に搬送するフィルム長さ分が適当である。さらに、ボックス５５、６６内にはセンサー５７ａ、５７ｂ、６８ａ、６８ｂが取り付けられている。センサーは所定位置でフィルムを検知できるものであれば良い。上記した離型ユニットによりフィルムが離型、搬送されて、ボックス内でセンサー検知位置からフィルムが外れたときに、上下流の巻出ロール回転手段５１、あるいは巻取ロール回転手段６１を駆動して、フィルムを巻き出し、あるいは巻き取り、常に、ボックス内で所定位置にフィルムを弛ましておくことができる。
【００６０】
また、フィルム固定部５４、６５は表面に吸引孔が形成された平板であることが好ましいが、さらに、クリップでフィルムを挟む機構のもの、あるいは、これらを組み合わせたものでも良い。
【００６１】
フィルム固定部５４、６５はプレス動作を行うときは両方とも作動させる。そして、フィルムを離型するときはフィルム固定部５４を作動させてフィルムを固定し、フィルム固定部６５が開放させることが好ましい。また、フィルムを供給するときは、フィルム固定部５４、６５を両方とも開放することが好ましい。
【００６２】
搬送駆動ロール６４は図示しないがモータ等の回転駆動手段に連結されて、フィルム搬送時にはニップロール６４ａが搬送駆動ロール６４に近接し、フィルムを挟み、搬送駆動ロール６４にてトルク制御を行いながらフィルムを一定張力のもとで搬送する。
【００６３】
本装置に適用されるシート状物（フィルム）２は、ガラス転移点温度Ｔｇが、好ましくは４０〜１８０℃のものであり、より好ましくは５０〜１６０℃であり、最も好ましくは５０〜１２０℃である熱可塑性樹脂を主たる成分とするフィルムである。ガラス転移温度Ｔｇがこの範囲を下回ると、成形品の耐熱性が低くなり形状が経時変化するため好ましくない。また、この範囲を上回ると、成形温度を高くせざるを得ないものとなりエネルギー的に非効率であり、またフィルムの加熱／冷却時の体積変動が大きくなりフィルムが金型に噛み込んで離型できなくなったり、また離型できたとしてもパターンの転写精度が低下したり、部分的にパターンが欠けて欠点となる場合がある等の理由により好ましくない。
【００６４】
ここで、ガラス転移点温度Ｔｇとは、ＪＩＳ Ｋ７２４４に記載の方法に準じた方法により、試料動的振幅速さ（駆動周波数）は１Ｈｚ、引張りモード、チャック間距離５ｍｍ、昇温速度２℃／ｍｉｎ．での温度依存性（温度分散）を策定したときに、ｔａｎδが極大となる温度のことである。
【００６５】
本発明に適用される熱可塑性樹脂を主たる成分としたフィルム２は、好ましくは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２、６−ナフタレート、ポリプロピ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系樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステルアミド系樹脂、ポリエーテルエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、あるいはポリ塩化ビニル系樹脂などからなるものである。これらの中で共重合するモノマー種が多様であり、かつ、そのことによって材料物性の調整が容易であるなどの理由から、特にポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂またはこれらの混合物から選ばれる熱可塑性樹脂から主として形成されていることが好ましく、上述の熱可塑性樹脂が５０重量％以上からなることがさらに好ましい。
【００６６】
本発明に適用されるシート材料は、熱可塑性樹脂からなる薄板状物であれば適用できるが、特にフィルムであることが好ましく、該フィルムは、上述の樹脂の単体からなるフィルムであってもかまわないし、複数の樹脂層からなる積層体であってもよい。この場合、単体シートと比べて、易滑性や、耐摩擦性などの表面特性や、機械的強度、耐熱性を付与することができる。このように複数の樹脂層からなる積層体とした場合は、シート全体が前述の要件を満たすことが好ましいが、フィルム全体としては前述要件を満たしていなくても、少なくとも前述の要件を満たす層が表層に形成されていれば容易に表面を成形することができる。
【００６７】
また、本発明に適用されるシート材料（フィルム）の好ましい厚さ（厚み、膜厚）としては０．０１〜３ｍｍの範囲内にあることが好ましく、特に０．０１〜１ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。０．０１ｍｍ未満では成形するのに十分な厚みがなく、また、３ｍｍよりも大きいものの場合ではフィルムの剛性により搬送が一般に難しい。ただし、枚葉状に処理するシートであれば、搬送たわみ等を抑制するため、０．３ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上の厚みを有した板状体が好ましい。
【００６８】
本発明に適用される微細形状転写シートの製造方法は、金型に同一の媒体からなる加熱用の熱媒と冷却用の冷媒を、金型内熱冷媒流路に切り替えて供給することにより前記金型の温度調整を行い、金型の表面に形成された微細形状を、シート材料の表面に転写し賦形させる微細形状転写シートの製造方法であって、
１）前記金型を加熱する前に、前記加熱用熱媒を前記金型外部で循環させる熱媒循環工程と、
２）前記加熱用熱媒を、金型に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を加熱する熱媒供給工程と、
３）前記金型を冷却する前に、前記冷却用冷媒を前記金型外部で循環させる冷媒循環工程と、
４）前記冷却用冷媒を、金型に設けた複数の前記熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を冷却する冷媒供給工程と、
を有する。
【００６９】
より好ましくは、
１）前記金型の前記熱冷媒供給口に複数かつ並列に配置された分岐口を有する供給マニホールドを連結してなり、
２）前記熱媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に冷媒が残存している間に、熱媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた循環口から供給されることによって循環するものであり、
３）前記熱媒供給工程は、前記熱媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによって始まるものであり、
４）前記冷媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に熱媒が残存している間に、冷媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた前記循環口から排出することによって循環するものであり、
５）前記冷媒供給工程は、前記冷媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものである。
【００７０】
上記の発明の微細形状転写シートの製造方法の一例を、図１と図３〜６を用いて説明する。
（Ａ）あらかじめ、金型３をプレスユニット１０にセットした後、フィルム２を巻出ユニット５０にセットし、フィルム２の巻出部を引き出し、ガイドロールを経由し、プレスユニット内の金型の表面に沿わせ、さらに、離型ユニット２０を経由して、巻取ユニット６０で巻き取る（図１）。この時、前述の熱媒循環工程（図３）を行い、金型外部で熱媒を循環させておく。これにより、熱媒供給工程（図４）直前の供給マニホールド６ａ内に残存していた冷媒が熱媒供給工程前に循環口６ａ３から排出されるために、熱媒供給工程（図４）が開始された時に、供給分岐口６ａ２を介してすべての流路に、冷媒が混じることなく、均等に加熱温調された熱媒のみ供給される。その結果、金型３の表面が全面で均一に素早く昇温させることが可能となる。
【００７１】
（Ｂ）次に、前述の熱媒供給工程（図４）を行い金型を成形温度まで上昇させる。金型表面温度が成形温度まで上昇したことを確認後、前述の冷媒循環工程（図５）を行い、金型外部で冷媒を循環させておく。これにより、冷媒供給工程（図６）直前の供給マニホールド６ａ内に残存していた熱媒が冷媒供給工程前に循環口６ａ３から排出されるために、冷媒供給工程（図６）が開始された時に、供給分岐口６ａ２を介してすべての流路に、熱媒が混じることなく、均等に冷却温調された冷媒のみ供給される。その結果、金型３の表面が全面で均一に素早く降温させることが可能となる。
【００７２】
（Ｃ）プレスユニット１０を作動させて、加圧プレート（上）１４ａを下降させて、金型３の表面と加圧プレート（上）との間にフィルムを挟むようにプレスする。このとき、フィルム固定部５４および６５を作動させてフィルムを固定しておく。温度、プレス圧力、昇圧速度、加圧時間等の条件は、フィルムの材質、転写形状、特に凹凸のアスペクト比に依存する。概ね、成形温度は１００〜１８０℃、プレス圧力は１〜１０ＭＰａ、成形時間が１秒〜６０秒、昇圧速度は０．０５ＭＰａ／ｓ〜１ＭＰａ／ｓの範囲で設定される。
【００７３】
（Ｄ）成形時間経過後、前述の冷媒供給工程（図６）を行い金型内に冷媒が供給され金型の賦形面の温度が下がる。なお、冷却中もプレス加圧を継続していることが好ましい。冷却温度は金型表面の温度がフィルムを離型するのに十分に冷却されるように設定される。例えば、金型３の表面温度がフィルムのガラス転移点以下まで冷却を行うのが良い。
【００７４】
（Ｅ）冷却完了後、プレス圧力を開放して、加圧プレート（上）１４ａを離型ユニット２０がプレス装置内を水平移動させるのに十分なスペースを確保できる位置まで上昇させる。金型表面温度が冷却温度まで下がったことを確認後、前述の熱媒循環工程（図３）を行い、金型外部で熱媒を循環させておく。
【００７５】
（Ｆ）加圧プレート（上）１４ａが上昇を完了した後、フィルム固定部６５を開放して、離型ユニット２０を駆動してフィルムの離型および次に成形するフィルムを金型表面に引き出してくる。フィルムの離型が完了すると同時に、またはその直前から前述の熱媒供給工程（図４）を行い金型の加熱を開始する。金型表面温度が成形温度まで上昇したことを確認後、前述の冷媒循環工程（図６）を行い、金型外部で冷媒を循環させておく。
【００７６】
（Ｇ）フィルムの引き出しが終わると、フィルム固定部５４でフィルムを固定した後、補助ロールがもとの位置まで旋回して戻り、フィルム固定部６５でフィルムを固定する。新しいフィルムが供給されることにより、あらかじめ引出バッファ部５３で弛ましてあったフィルムが巻き取り側に引き出されるが、センサー５７ｂによりフィルムが検知する位置まで、巻出ロール回転手段を作動させて、巻出ロールから新たなフィルムが引出バッファ部に供給される。一方、成形が完了したフィルムが送り出されると、送り出された長さ相当のフィルムは、一時的に巻取バッファ部６３で保留され、センサー６８ａでフィルムを検知しなくなるまで、すなわち、新たに溜まった分の長さ相当のフィルムを、巻取ロール回転手段を作動させて巻き取る。
【００７７】
以降、上述した（Ｃ）からの動作を繰り返す。
【００７８】
上記の（Ｃ）〜（Ｇ）の動作により、金型の加熱・冷却の温調サイクルを賦形面内で少ない温度ムラですばやくできるので、高い生産性で間欠的フィルム成形を実現できる。
【００７９】
さらに好ましい他の例として、図７に示す構成の熱冷媒循環回路を用いて、上記（Ａ）〜（Ｇ）の工程を行うことにより、金型側面両側から熱冷媒を供給でき、流路あたり１本の長さが短くできるため、熱冷媒流量を増やすことが可能となり、加熱冷却の高速化が図れる。また、金型側面両端から熱冷媒が出入りするため、流路方向での温度差を小さくでき、金型表面の温度均一化に有利であり好ましい。
【００８０】
また、上記に説明した方法は、隣り合う金型内熱冷媒流路内の熱冷媒の流れが、逆向きになるように熱媒および冷媒が供給されているが、金型内熱冷媒流路の流れ方向が短い場合は、流路方向での温度差が金型表面の温度均一化へ与える影響が少ないため、金型の側面片側から熱冷媒を供給し、他端から熱冷媒を排出させ、隣り合う金型内熱冷媒流路内の熱冷媒の流れが同一方向の構成でもかまわない。
【００８１】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８２】
実施例１
（１）金型サイズ：４５０ｍｍ（フィルム走行方向）×４５０ｍｍ（フィルム幅方向）×２４ｍｍ（厚み）
（２）金型内熱冷媒流路：φ６×４５０ｍｍ×２５ｍｍピッチ、金型表面と配管との距離は９ｍｍ
（３）金型材質：銅
（４）熱媒温度：１４０℃（加圧温水）
（５）冷媒温度：６０℃（加圧温水）
（６）熱冷媒流量：１６Ｌ／ｍｉｎ（φ６金型内熱冷媒流路１本あたり）
（７）熱冷媒供給方法：図２のように隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるよう、金型側面片側に供給マニホールドと排出マニホールドを１組配置した。また、熱媒供給工程前には熱媒循環工程を実施し、冷媒供給工程前には冷媒循環工程を実施した。
（８）金型表面温度が冷却時の設定温度９０℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度９０℃から加熱時の１２０℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が１２０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は４．５秒であり、金型表面の温度差は３．０℃であった。
（９）金型表面温度が加熱時の設定温度１２０℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度１２０℃から冷却時の９０℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が９０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は４．５秒であり、金型表面の温度差は３．４℃であった。
【００８３】
本実施例では、本発明の構成および方法により、金型に形成された複数の流路に冷媒（または熱媒）が混じること無く、同時かつ均等に温度調節された熱媒（または冷媒）が供給される。この点が従来技術では為し得なかった作用であり、そのために、極めて高速な加熱冷却と温度均一化が実現できた。
【００８４】
実施例２
（１）金型サイズ：実施例１と同じ
（２）金型内熱冷媒流路：実施例１と同じ
（３）金型材質：実施例１と同じ
（４）熱媒温度：実施例１と同じ
（５）冷媒温度：実施例１と同じ
（６）熱冷媒流量：実施例１と同じ
（７）熱冷媒供給方法：図７のように隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるよう、金型側面両側に循環口を有した供給マニホールドと排出マニホールドをそれぞれ２組配置した。また、熱媒供給工程前には熱媒循環工程を実施し、冷媒供給工程前には冷媒循環工程を実施した。
（８）金型表面温度が冷却時の設定温度９０℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度９０℃から加熱時の１２０℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が１２０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は３．３秒であり、金型表面の温度差は３．３℃であった。
（９）金型表面温度が加熱時の設定温度１２０℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度１２０℃から冷却時の９０℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が９０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は３．６秒であり、金型表面の温度差は３．６℃であった。
【００８５】
本実施例では、本発明の構成および方法により、金型に形成された複数の流路に冷媒（または熱媒）が混じること無く、同時かつ均等に温度調節された熱媒（または冷媒）が供給される。さらに、金型両側から各流路に並列に熱冷媒を供給しているので、金型に対して多くの媒体量を供給でき、加熱冷却のさらなる高速化が図れる。これらの点が従来技術では為し得なかった作用であり、そのために、極めて高速な加熱冷却と温度均一化が実現できた。
【００８６】
比較例１
（１）金型サイズ：実施例１と同じ
（２）金型内熱冷媒流路：実施例１と同じ
（３）金型材質：実施例１と同じ
（４）熱媒温度：実施例１と同じ
（５）冷媒温度：実施例１と同じ
（６）熱冷媒流量：実施例１と同じ
（７）熱冷媒供給方法：図１５のように、金型側面の片側から供給マニホールドにより金型内熱冷媒流路へ熱冷媒を供給し、反対側金型側面には金型内熱冷媒流路からの熱冷媒をとなりの金型内熱冷媒流路へ折り返す配管を接続し、供給マニホールドと同じ金型側面の排出マニホールドへ金型内熱冷媒流路から熱冷媒を排出した。また、熱媒供給工程前に熱媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している冷媒を随時押し出しながら熱媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。同様に、冷媒供給工程前に冷媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している熱媒を随時押出ながら冷媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。
（８）金型表面温度が冷却時の設定温度９０℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度９０℃から加熱時の１２０℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が１２０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は６．５秒であり、金型表面の温度差は４．１℃であった。
（９）金型表面平均温度が１２０℃に到達後、５．０秒経過し確認した金型表面の温度差は３．８℃であり、金型表面温度差が大きく改善することはなかった。
（１０）金型表面温度が加熱時の設定温度１２０℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度１２０℃から冷却時の９０℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が９０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は４．８秒であり、金型表面の温度差は５．３℃であった。
（１１）金型表面平均温度が９０℃に到達後、５．０秒経過し確認した金型表面の温度差は４．６℃であり、金型表面温度差が大きく改善することはなかった。
【００８７】
比較例２
（１）金型サイズ：実施例１と同じ
（２）金型内熱冷媒流路：実施例１と同じ
（３）金型材質：実施例１と同じ
（４）熱媒温度：実施例１と同じ
（５）冷媒温度：実施例１と同じ
（６）熱冷媒流量：実施例１と同じ
（７）熱冷媒供給方法：図１６のように、隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるように、金型側面両側に供給マニホールドと排出マニホールドをそれぞれ２組配置した。また、熱媒供給工程前に熱媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している冷媒を随時押し出しながら熱媒を金型内熱冷媒流路へ供給する。同様に、冷媒供給工程前に冷媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している熱媒を随時押出ながら冷媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。
（８）金型表面温度が冷却時の設定温度９０℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度９０℃から加熱時の１２０℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が１２０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は４．８秒であり、金型表面の温度差は４．５℃であった。
（９）金型表面温度が加熱時の設定温度１２０℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度１２０℃から冷却時の９０℃になるまでの冷却時間と、金型表面が９０℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は３．８秒であり、金型表面の温度差は５．６℃であった。
【符号の説明】
【００８８】
１：微細形状転写シートの製造装置
２：フィルム
３：金型
３ａ：金型表面
４：転写成形領域
５：熱冷媒流路
６ａ：供給マニホールド
６ａ１：導入口
６ａ２：供給分岐口
６ａ３：循環口
６ｂ：排出マニホールド
６ｂ１：排出口
６ｂ２：流入分岐口
７ａ〜７ｄ：熱媒制御バルブ
７ｅ：熱冷媒流量調整ジグ
８ａ〜８ｄ：冷媒制御バルブ
９：制御装置
１０：プレスユニット
１１：支柱
１２：プレスシリンダー
１３：昇降ガイド
１４ａ：加圧プレート（上）
１４ｂ：加圧プレート（下）
１６ａ：フレーム（上）
１６ｂ：フレーム（下）
１７：クッションシート
１８：断熱材
２０：離型ユニット
２１：剥離ロール
２２：補助ロール
３０：金型温調ユニット
３１：加熱用温調装置
３２：冷却用温調装置
５０：巻出ユニット
５１：巻出ロール回転手段
５２ａ〜ｄ：ガイドロール
５３：引出バッファ部
５４：フィルム固定部
５５：ボックス
５６：吸引排気手段
５７ａ、ｂ：センサー
６０：巻取ユニット
６１：巻取ロール回転手段
６２ａ〜ｄ：ガイドロール
６３：巻取バッファ部
６４：搬送駆動ロール
６５：フィルム固定部
６６：ボックス
６７：吸引排気手段
６８ａ、ｂ：センサー
Ｐ：流路ピッチ
Ｔ：金型の厚み
Ｓ：流路と金型表面までの距離（最短部）
Ｄ１：マニホールド内部の流路径
Ｄ２：金型内の熱冷媒流路径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に同一の媒体からなる加熱用の熱媒と冷却用の冷媒を、金型内熱冷媒流路に切り替えて供給することにより前記金型の温度調整を行い、金型の表面に形成された微細形状を、シート材料の表面に転写し賦形させる微細形状転写シートの製造方法であって、
１）前記金型を加熱する前に、前記加熱用熱媒を前記金型外部で循環させる熱媒循環工程と、
２）前記加熱用熱媒を、金型に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を加熱する熱媒供給工程と、
３）前記金型を冷却する前に、前記冷却用冷媒を前記金型外部で循環させる冷媒循環工程と、
４）前記冷却用冷媒を、金型に設けた複数の前記熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を冷却する冷媒供給工程と、
を有する微細形状転写シートの製造方法。
【請求項２】
請求項１の微細形状転写シートの製造方法であって、
１）前記金型の前記熱冷媒供給口に複数かつ並列に配置された分岐口を有する供給マニホールドを連結してなり、
２）前記熱媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に冷媒が残存している間に、熱媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた循環口から供給されることによって循環するものであり、
３）前記熱媒供給工程は、前記熱媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものであり、
４）前記冷媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に熱媒が残存している間に、冷媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた前記循環口から供給することによって循環するものであり、
５）前記冷媒供給工程は、前記冷媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものである
微細形状転写シートの製造方法。
【請求項３】
前記熱冷媒供給口が金型の側面両側に設けられ、隣り合う前記金型内熱冷媒流路内の熱冷媒の流れが逆向きになるように、熱媒および冷媒を供給する請求項１または２に記載の微細形状転写シートの製造方法。
【請求項４】
シート状の樹脂基材を、微細形状を備えた金型に付して加熱し、加圧することによって前記樹脂基材表面に微細形状を賦形する微細形状転写シートの製造装置であって、
１）表面に転写形状を備え、熱媒および冷媒の流路が内部に複数かつ平行に配された金型と、
２）熱媒および冷媒が供給される導入口と、前記金型へ熱媒および冷媒を供給する複数の供給分岐口と、熱媒および冷媒を金型へ供給せず循環させる際、熱媒および冷媒を排出する循環口を備えた、供給マニホールドと、
３）熱媒および冷媒を排出する排出口を備え、前記金型からの熱媒および冷媒が流入する複数の流入分岐口を備えた、排出マニホールドと、
４）熱媒および冷媒をそれぞれ温度制御しながら循環する温調機ユニットと、
５）前記金型と前記供給マニホールドと前記排出マニホールドと前記温調機ユニットを、熱媒および冷媒の流路となる配管で接続し配管ユニットと、
６）前記配管ユニット内の熱媒および冷媒の流れ方向を切り替え、熱媒循環工程と、熱媒供給工程と冷媒工程と、冷媒循環工程を可能にするバルブユニットと、
７）前記バルブユニットの切り替えを制御する制御装置と、
からなる熱冷媒循環回路を有する微細形状転写シートの製造装置。
【請求項５】
前記供給マニホールドは前記金型を挟んで対向に設けられ、前記排出マニホールドが前記金型を挟んで対向に設けられた請求項４に記載の微細形状転写シートの製造装置。
【請求項６】
前記供給マニホールドの前記導入口から前記金型内熱冷媒流路を介して前記排出マニホールドの排出口までの熱冷媒流路長さがそれぞれ等しくなるように接続されている請求項４または５に記載の微細形状転写シートの製造装置。
【請求項７】
金型を間に挟み連結された前記供給マニホールドの前記導入口と前記排出マニホールドの前記排出口とが、前記金型の表面において対角に配置されている請求項６に記載の微細形状転写シートの製造装置。
【請求項８】
前記供給マニホールドの供給分岐口の出口に熱冷媒流量調整用のジグが設置されている請求項４〜７のいずれかに記載の微細形状転写シートの製造装置。
【請求項１】
金型に同一の媒体からなる加熱用の熱媒と冷却用の冷媒を、金型内熱冷媒流路に切り替えて供給することにより前記金型の温度調整を行い、金型の表面に形成された微細形状を、シート材料の表面に転写し賦形させる微細形状転写シートの製造方法であって、
１）前記金型を加熱する前に、前記加熱用熱媒を前記金型外部で循環させる熱媒循環工程と、
２）前記加熱用熱媒を、金型に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を加熱する熱媒供給工程と、
３）前記金型を冷却する前に、前記冷却用冷媒を前記金型外部で循環させる冷媒循環工程と、
４）前記冷却用冷媒を、金型に設けた複数の前記熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を冷却する冷媒供給工程と、
を有する微細形状転写シートの製造方法。
【請求項２】
請求項１の微細形状転写シートの製造方法であって、
１）前記金型の前記熱冷媒供給口に複数かつ並列に配置された分岐口を有する供給マニホールドを連結してなり、
２）前記熱媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に冷媒が残存している間に、熱媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた循環口から供給されることによって循環するものであり、
３）前記熱媒供給工程は、前記熱媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものであり、
４）前記冷媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に熱媒が残存している間に、冷媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた前記循環口から供給することによって循環するものであり、
５）前記冷媒供給工程は、前記冷媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものである
微細形状転写シートの製造方法。
【請求項３】
前記熱冷媒供給口が金型の側面両側に設けられ、隣り合う前記金型内熱冷媒流路内の熱冷媒の流れが逆向きになるように、熱媒および冷媒を供給する請求項１または２に記載の微細形状転写シートの製造方法。
【請求項４】
シート状の樹脂基材を、微細形状を備えた金型に付して加熱し、加圧することによって前記樹脂基材表面に微細形状を賦形する微細形状転写シートの製造装置であって、
１）表面に転写形状を備え、熱媒および冷媒の流路が内部に複数かつ平行に配された金型と、
２）熱媒および冷媒が供給される導入口と、前記金型へ熱媒および冷媒を供給する複数の供給分岐口と、熱媒および冷媒を金型へ供給せず循環させる際、熱媒および冷媒を排出する循環口を備えた、供給マニホールドと、
３）熱媒および冷媒を排出する排出口を備え、前記金型からの熱媒および冷媒が流入する複数の流入分岐口を備えた、排出マニホールドと、
４）熱媒および冷媒をそれぞれ温度制御しながら循環する温調機ユニットと、
５）前記金型と前記供給マニホールドと前記排出マニホールドと前記温調機ユニットを、熱媒および冷媒の流路となる配管で接続し配管ユニットと、
６）前記配管ユニット内の熱媒および冷媒の流れ方向を切り替え、熱媒循環工程と、熱媒供給工程と冷媒工程と、冷媒循環工程を可能にするバルブユニットと、
７）前記バルブユニットの切り替えを制御する制御装置と、
からなる熱冷媒循環回路を有する微細形状転写シートの製造装置。
【請求項５】
前記供給マニホールドは前記金型を挟んで対向に設けられ、前記排出マニホールドが前記金型を挟んで対向に設けられた請求項４に記載の微細形状転写シートの製造装置。
【請求項６】
前記供給マニホールドの前記導入口から前記金型内熱冷媒流路を介して前記排出マニホールドの排出口までの熱冷媒流路長さがそれぞれ等しくなるように接続されている請求項４または５に記載の微細形状転写シートの製造装置。
【請求項７】
金型を間に挟み連結された前記供給マニホールドの前記導入口と前記排出マニホールドの前記排出口とが、前記金型の表面において対角に配置されている請求項６に記載の微細形状転写シートの製造装置。
【請求項８】
前記供給マニホールドの供給分岐口の出口に熱冷媒流量調整用のジグが設置されている請求項４〜７のいずれかに記載の微細形状転写シートの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２０１１８８（Ｐ２０１１−２０１１８８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１５２８（Ｐ２０１０−７１５２８）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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