樹脂成形体加工方法及び樹脂成形体加工装置
【課題】気泡発生を抑制するとともに、圧力歪みを防ぎ寸法安定性に優れ、温度調節が簡単な成形体の加工方法及び加工装置を提供することである。
【解決手段】樹脂成形体Ｗの表層の全部又は一部に二酸化炭素を含浸させる含浸工程と、前記含浸工程において二酸化炭素が含浸された領域に、所定のパターンを有する金型６を押し付けて、そのパターンを転写する転写工程と、を有し、前記含浸工程及び前記転写工程において、前記樹脂成形体Ｗの温度、前記樹脂成形体Ｗに含浸させる二酸化炭素の温度、又は前記金型６の温度の少なくとも１つを、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることを特徴とする。
【解決手段】樹脂成形体Ｗの表層の全部又は一部に二酸化炭素を含浸させる含浸工程と、前記含浸工程において二酸化炭素が含浸された領域に、所定のパターンを有する金型６を押し付けて、そのパターンを転写する転写工程と、を有し、前記含浸工程及び前記転写工程において、前記樹脂成形体Ｗの温度、前記樹脂成形体Ｗに含浸させる二酸化炭素の温度、又は前記金型６の温度の少なくとも１つを、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、樹脂成形体を加工する方法及び装置に関するものであり、特に、熱可塑性の樹脂成形体の表層に微細パターンを転写する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光情報記録媒体（光ディスク）や導光板など、表面に微細形状を有し、これら表面形状の高転写性が要求される製品や、カメラやプリンタ用の光学レンズ等のように低複屈折性が要求される製品は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂を射出成形することにより製造されている。
【０００３】
近年、低複屈折性や更なる高転写性が要求されるようになり、これらの製品を製造するには従来の射出成形では限界があることから、プレスモールド成形方法や、エンボス加工方法などの特殊成形方法、加工方法が提案されている。
【０００４】
プレスモールド成形方法とは、予備成形体を金型のキャビティ内に置いた後、キャビティ容積を縮小し、キャビティ内に高い内圧を均一に発生させて等圧圧縮を行う方法であり、保圧のかかり方が射出成形と異なり均一になるので、成形品の残留ひずみが低減される。また、金型の転写性が著しく向上するという利点がある。
【０００５】
一方、エンボス加工方法とは、通常、ロールや金型を用いて模様、パターン等の形状を転写する加工方法をいう。例えば、熱可塑性樹脂からなる予備成形体のエンボス加工方法においては、成形前に金型及び予備成形体を熱可塑性樹脂の固化温度以上に加熱した後、金型を昇圧してプレスし、その後、金型を熱可塑性樹脂の固化温度以下に冷却してから成形品を取り出している。
【０００６】
しかし、これらの方法では、予備成形体を再度溶融させてからプレスするため、微細形状の転写性、低複屈折性は向上するものの、金型内における樹脂の予熱時間を長く要し、サイクルタイムも長くなるという問題が生じる。また、予備成形体の溶融冷却を繰り繰り返し行うので、冷却時における収縮率が一定せず、寸法精度が低下するという問題がある。
【０００７】
その一方で、二酸化炭素が熱可塑性樹脂に溶解すると、ガラス転移温度（Ｔｇ）の低下、粘度の低下、表面張力の低下などを促す可塑化作用がみられる。このような効果を利用してナノスケールの微細形状を樹脂成形体表面に形成する方法も提案されている。
【０００８】
例えば特許文献１には、超臨界状態の二酸化炭素が含浸した溶融樹脂を超臨界状態の二酸化炭素雰囲気下で金型に充填し、プレス金型を用いて加圧して微細パターンが形成された光情報記録媒体の製造方法が開示されている。この方法によればプレスモールド成形方法やエンボス加工方法に比べて、優れたパターン転写率を発揮することができる。
【０００９】
しかしながら、溶融樹脂に二酸化炭素を含浸させているので、パターン転写後の減圧の際に生じる気泡を完全に抑制することが困難であるという問題がある。
また、溶融樹脂をプレスするために、樹脂成形体全体にかかる圧力歪みを回避し難く、寸法安定性が十分に得られないおそれがあるという問題がある。
さらに、樹脂の溶融状態及び固体状態に２つの状態を取り扱うため、金型などの温度調節が難しいという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−１１８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、低複屈折性や高転写性を実現しつつ、さらに気泡発生を抑制するとともに、寸法安定性に優れ、サイクルタイム（加工時間）を短縮し、温度調節が簡単な成形体の加工方法及び加工装置を提供することをその所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係る樹脂成形体加工方法は、樹脂成形体の表層の全部又は一部に二酸化炭素を含浸させる含浸工程と、前記含浸工程において二酸化炭素が含浸された領域に、所定のパターンを有する金型を押し付けて、そのパターンを転写する転写工程とを有し、前記含浸工程及び前記転写工程において、前記樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることを特徴とする。ここで、樹脂成形体の表層とは、樹脂成形体の表面から所定の厚みを有する部分であり、その厚みは、含浸工程における含浸時間、含浸圧力又は含浸温度等により決定されるものである。具体的には、樹脂成形体の拡散係数をＤとして、含浸時間をｔとすると、その含浸する表層部分の厚さは、二酸化炭素の含浸深さと同一となり、２×（Ｄｔ）１／２となる。
【００１２】
このようなものであれば、表層の全部又は一部のみに二酸化炭素を含浸させて局所的にガラス転移温度を低下させているので、二酸化炭素の含浸時間、さらには加工時間を短縮することができる。また、表層のみに二酸化炭素を含浸させているので、気泡発生を抑制することができる。さらに、樹脂成形体全体を溶融する必要が無いので、圧力変化や温度変化に伴う樹脂成形体の圧力歪みを防ぐことができ、寸法安定性を確保することができる。加えて、樹脂成形体を二酸化炭素含浸後のガラス転移温度以上二酸化炭素含浸前のガラス転移温度未満の範囲内で処理しているので、樹脂成形体全体を溶融状態にする温度から固体状態にする温度への温度調節を必要としないので、温度調節が極めて容易となる。
【００１３】
ここで、樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にすると、二酸化炭素が含浸している領域（含浸領域）では、表層部分が軟化して柔くなり、二酸化炭素が含浸していない領域（未含浸領域）では、表層部分は固体状態であり、形状維持可能な状態である。
【００１４】
さらに、樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満の範囲内に確実に調節するためには、前記樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることが望ましい。
【００１５】
その上、金型の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることが望ましい。
【００１６】
前記金型に形成された具体的な転写パターンが、ナノオーダーの形状である場合に、本発明の効果を一層顕著なものとすることができる。ここで、ナノオーダーの形状とは、金型に形成された転写パターン、つまり金型に設けられた凹凸において、その一部に１μｍ未満の寸法を含む形状をいう。
【００１７】
二酸化炭素が樹脂成形体の表層に溶解しやすくするためには、前記二酸化炭素に含浸条件を緩和するための助剤を混合させていることが好ましい。助剤としては、アルコールや低分子の有機溶媒が挙げられる。環境安全性の観点からアルコールを用いることが好ましい。このように、含浸助剤を添加することで含浸条件の緩和、つまり含浸の低温化、低圧化、時間短縮（含浸効率の向上）の少なくとも１つを達成することができる。二酸化炭素に添加する量としては、二酸化炭素に溶解する量を限度としている。
【００１８】
さらに、本発明に係る樹脂成形体加工装置は、樹脂成形体を加工する樹脂成形体加工装置であって、前記樹脂成形体を収容する収容室と、前記収容室内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、前記収容室内で前記成形体を保持する成形体保持部と、前記成形体保持部により保持された前記樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節する樹脂成形体Ｗ温度調節部と、前記成形体保持部により保持された前記成形体に所定のパターンを転写するための金型を押し付ける押圧機構と、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満の範囲内に確実に調節するためには、樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節するガス温度調節部、又は前記金型の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節する金型温度調節部を備えていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
このように構成した本発明によれば、表層の全部又は一部のみに二酸化炭素を含浸させて局所的にガラス転移温度を低下させているので、二酸化炭素の含浸時間、さらには加工時間を短縮することができる。また、表層のみに二酸化炭素を含浸させているので、気泡発生を抑制することができる。さらに、樹脂成形体全体を溶融する必要が無いので、圧力変化や温度変化に伴う樹脂成形体の圧力歪みを防ぐことができ、寸法安定性を確保することができる。加えて、樹脂成形体を二酸化炭素含浸後のガラス転移温度以上二酸化炭素含浸前のガラス転移温度未満の範囲内で処理しているので、樹脂成形体全体を溶融状態にする温度から固体状態にする温度への温度調節を必要としないので、温度調節が極めて容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の樹脂成形体加工装置１に係る一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係る樹脂成形体加工装置１は、高圧に保った二酸化炭素の雰囲気下で、樹脂成形体Ｗをプレス加工するコールドエンボス装置であって、図１に示すように、樹脂成形体Ｗを収容する収容室２と、収容室２内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部３と、収容室２内で樹脂成形体Ｗを保持する樹脂成形体保持部４と、樹脂成形体保持部４により保持された樹脂成形体Ｗの温度を調節する樹脂成形体温度調節部５と、樹脂成形体保持部４により保持された樹脂成形体Ｗに所定のパターンを転写するための金型６を押し付ける押圧機構７と、を備えている。なお、本実施形態に用いる樹脂成形体Ｗは、厚さ３ｍｍ、直径２０ｍｍのディスク状（円盤状）に加工したアクリル樹脂（ＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate））である。
【００２３】
以下に各部について説明する。
収容室２は、樹脂成形体Ｗを収容するものであり、中間壁２３によって上室２１と下室２２との２室に分けられている。上室２１の上壁２１１には、金型６を固定するための金型固定部８が設けられている。中間壁２３の略中央部には、後述する樹脂成形体保持部４が、上室２１及び下室２２が気密状態でスライド移動可能な開口が設けられている。上室２１及び下室２２の側壁にはそれぞれ二酸化炭素を供給するための供給管３１及び二酸化炭素を排出するための排出管３４が接続されている。さらに、収容室２の周囲には、収容室２内の温度を調節するための収容室温度調節部（図示しない）を設けるようにしている。なお、排出管３４には、二酸化炭素の排出を制御するための排出制御弁３５が設けられており、図示しない制御装置により制御されている。
【００２４】
金型６は、本実施形態においては、樹脂成形体Ｗの上面の表層全体に所定のパターンを転写するためのものであり、所定の転写パターンを有する転写面６１を有する。その転写面６１の具体的な形状は、高さが６０ｎｍ、幅が１μｍの凸部を複数有するものである。
【００２５】
二酸化炭素供給部３は、二酸化炭素を貯蔵している二酸化炭素タンク９から二酸化炭素を収容室２の上室２１及び下室２２にそれぞれ供給するための供給管３１と、その供給管３１に設けられた流通制御弁３２と、二酸化炭素を収容室２の上室２１及び下室２２に供給するためのポンプ３３とからなる。そして、流通制御弁３２及びポンプ３３は、図示しない制御装置により制御されており、例えば収容室２内に充填された二酸化炭素が超臨界状態となるように制御される。また、供給管３１の周囲には、収容室２内に供給する二酸化炭素の温度を調節するためのガス温度調節部（図示しない）を設けるようにしている。
【００２６】
樹脂成形体保持部４は、樹脂成形体Ｗの上面が収容室２内に供給された二酸化炭素と接触するように略水平に保持するものであり、中間壁２３の開口にスライド移動可能に設けられている。そして、後述する押圧機構７により、樹脂成形体Ｗに二酸化炭素が含浸される含浸位置と、樹脂成形体Ｗが金型６に押し付けられる転写位置との間で移動するものである。
【００２７】
樹脂成形体温度調節部５は、樹脂成形体Ｗの温度を調節するものであり、樹脂成形体Ｗ及び樹脂成形体保持部４との間に設けられ、直接的に樹脂成形体Ｗの温度を調節するものである。具体的には、樹脂成形体Ｗの温度を、その樹脂成形体Ｗに二酸化炭素を含浸させた後に低下したガラス転移温度（Ｔｇ’）以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度（Ｔｇ）未満に調節するものである。
【００２８】
本実施形態のＰＭＭＡからなる樹脂成形体Ｗは、通常のガラス転移温度（Ｔｇ）（二酸化炭素を含浸させる前のガラス転移温度）は約１００℃であり、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度（Ｔｇ’）は約３０℃である。つまり、本実施形態において樹脂成形体温度調節部５は、ＰＭＭＡからなる樹脂成形体Ｗを３０℃から１００℃の間の温度となるように温度調節するものである。さらに、本実施形態においては、温度調節を簡単化するために、樹脂成形体Ｗの表層に二酸化炭素を含浸させる含浸工程から、当該含浸工程において二酸化炭素が含浸された領域に金型６を押し付けて、その転写パターンを転写する転写工程まで、樹脂成形体Ｗが同一の温度となるように温度を調節するようにしている。
【００２９】
二酸化炭素が含浸している領域（含浸領域）では、そのガラス転移温度（Ｔｇ’）は約３０℃となり、それ以外の二酸化炭素が含浸していない領域（未含浸領域）では、そのガラス転移温度（Ｔｇ）は約１００℃のままである。したがって、樹脂成形体Ｗを例えば４０℃に加熱したとしたならば、含浸領域のみ軟化することになり、未含浸領域は、ガラス転移温度（Ｔｇ）以下であるので、樹脂成形体Ｗは軟化することはなく金型６を押し付けても所定の転写パターンが転写されることはない。
【００３０】
押圧機構７は、樹脂成形体Ｗを含浸位置と転写位置との間で移動させ、樹脂成形体Ｗに金型６の転写面６１を押し付けるためのものであり、本実施形態では、上室２１の圧力（含浸する圧力）と下室２２の圧力との圧力差に応じて、樹脂成形体Ｗを金型６に押し付けるものである。その構成は、樹脂成形体保持部４に連続して設けられた可動部材７１と、当該可動部材７１の鉛直方向へのスライド移動を案内する案内部材（図示しない）とから構成される。樹脂成形体Ｗを含浸位置から転写位置に移動させる場合には、上室２１の圧力よりも下室２２の圧力を大きくし、転写位置から含浸位置に移動させる場合には、上室２１の圧力よりも下室２２の圧力を小さくする。
【００３１】
次にこのように構成した樹脂成形体加工装置１の動作には、図２に示すように樹脂成形体Ｗの表層に二酸化炭素を含浸させる含浸工程と、当該含浸工程において二酸化炭素が含浸された含浸領域に、所定の転写パターンを有する金型６の転写面６１を押し付けて、その転写パターンを転写する転写工程とがある。具体的には以下の工程がある。
【００３２】
収容室２の成形体保持部４に樹脂成形体Ｗを固定して、二酸化炭素供給部３により二酸化炭素を収容室２内に導入する。そして、収容室２内及び樹脂成形体Ｗを所定の温度（３０℃〜１００℃の間の温度）まで加熱し、ポンプ３３により収容室２内の圧力を所定の圧力（例えば１０ＭＰａ）まで加圧する。そのまま、一定時間（例えば１分）保持し、二酸化炭素を樹脂成形体Ｗの表層に含浸させる（含浸工程）。このとき含浸時間、含浸圧力又は含浸温度などにより二酸化炭素の含浸する表層の厚みが調節される。その後、上室２１の圧力及び下室２２の圧力を流通制御弁３２により調整して、金型６に樹脂成形体Ｗを押し付けて、所定時間保持して転写を行う（転写工程）。最後に、樹脂成形体Ｗが発泡しないように収容室２内を減圧して加工した樹脂成形体Ｗを取り出す。
【００３３】
＜第１実施例＞
次に、本実施形態の樹脂成形体加工装置１を用いた第１実施例について説明する。
本実施例における樹脂成形体Ｗは、厚さ３ｍｍ、直径２０ｍｍのディスク状（円盤状）に加工したアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）であり、その加工条件は、二酸化炭素の圧力（含浸圧力）を１０ＭＰａ、含浸温度を４０℃、プレス圧力を１３．８ＭＰａ、プレス時間を３０分とした。ここで、プレス圧力とは、樹脂成形体Ｗにかかる力［Ｎ］を、樹脂成形体Ｗの上面の面積［ｍ２］で割った値である。また比較の為、含浸時間は１時間及び２時間の場合で成形をした。なお、本実施例における金型６の転写面６１の凸部は、高さ６０ｎｍ、幅１μｍである。転写後の減圧方法は、発泡を防ぐために３０℃まで減温後、緩慢減圧である。
【００３４】
加工した樹脂成形体Ｗは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察により形状評価を行った。具体的には、図３に示すように、金型６及び転写面（図３（ア））をＡＦＭにより観察し、得られた断面形状を数値化して（図３（イ））平均化することにより（図３（ウ））、溝の転写形状（凸部）を評価した（図３（エ））。
【００３５】
このときの転写率は含浸時間１時間の場合には８７［％］であり、含浸時間２時間の場合には９１［％］であった。図４に示されるように、常温に近い温度（４０℃）において樹脂成形体Ｗの加工ができることが示された。ここで、転写率は以下の式により求めた。
【００３６】
【数１】
【００３７】
＜第２実施例＞
次に、本実施形態の樹脂成形体加工装置１を用いた第２実施例について説明する。
本実施例における樹脂成形体Ｗは、厚さ３ｍｍ、直径２０ｍｍのディスク状（円盤状）に加工したアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）であり、その加工条件は、二酸化炭素の圧力（含浸圧力）を１０ＭＰａ、含浸時間は１分、プレス圧力を２４．１ＭＰａとした。ここで、プレス圧力とは、樹脂成形体Ｗにかかる力［Ｎ］を、樹脂成形体Ｗの上面の面積［ｍ２］で割った値である。なお、本実施例における金型６の転写面６１の凸部は、高さ５０ｎｍ、幅１μｍである。転写後の減圧方法は、急減圧である。
【００３８】
上記の条件の下、含浸温度及びプレス時間を変化させた場合の結果を図５に示す。
【００３９】
図５（ａ）は含浸温度を３０℃（液状の二酸化炭素）、プレス時間を３０秒とした場合、図５（ｂ）は含浸温度を３５℃、プレス時間を３０秒とした場合、図５（ｃ）は含浸温度４０℃、プレス時間１分とした場合の転写形状の結果を示す図である。
このときの転写率は（ａ）の場合には９０．６［％］であり、（ｂ）の場合には８８．６［％］であり、（ｃ）の場合には９７．９［％］であった。これらの図からわかるように、本発明の加工方法を用いることで、含浸時間を短縮しても充分な転写性を満たした加工ができることが示された。
【００４０】
＜第３実施例＞
次に、本実施形態の樹脂成形体加工装置１を用いた第３実施例について説明する。
本実施例における樹脂成形体Ｗは、厚さ３ｍｍ、直径２０ｍｍのディスク状（円盤状）に加工したポリカーボネート（ＰＣ）であり、その加工条件は、二酸化炭素の圧力（含浸圧力）を１０ＭＰａ、含浸時間は５分、プレス圧力を３３．７ＭＰａとした。ここで、プレス圧力とは、樹脂成形体Ｗにかかる力［Ｎ］を、樹脂成形体Ｗの上面の面積［ｍ２］で割った値である。なお、本実施例における金型６の転写面６１の凸部は、高さ６０ｎｍ、幅１μｍである。転写後の減圧方法は、発泡を防ぐために減温後、緩慢減圧である。
【００４１】
ポリカーボネートの二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度（Ｔｇ）は、約１５０℃であり、二酸化炭素を含浸した後のガラス転移温度（Ｔｇ’）は、９５
℃である。このようなことから、含浸温度を１００℃、１２０℃、１４０℃のそれぞれの場合で成形をした。
【００４２】
このとき図６の転写結果に示されるように、ポリカーボネートからなる樹脂成形体Ｗを二酸化炭素含浸後のガラス転移温度以上二酸化炭素含浸前のガラス転移温度未満で加工することがわかる。
【００４３】
このように構成した本実施形態の樹脂成形体加工装置１によれば、樹脂成形体Ｗの表層にのみ二酸化炭素を含浸させて局所的にガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させているので、二酸化炭素の含浸時間、さらには加工時間を短縮することができる。また、表層のみに二酸化炭素を含浸させているので、気泡発生を抑制することができる。さらに、樹脂成形体Ｗ全体を溶融する必要が無いので、圧力変化や温度変化に伴う樹脂成形体Ｗの圧力歪みを防ぐことができ、寸法安定性を確保することができる。加えて、樹脂成形体Ｗを二酸化炭素含浸後のガラス転移温度（Ｔｇ’）以上二酸化炭素含浸前のガラス転移温度（Ｔｇ）未満の範囲内で処理しているので、樹脂成形体全体を溶融状態にする温度から固体状態にする温度への温度調節を必要としないので、温度調節が極めて容易となる。
【００４４】
また、二酸化炭素を収容室２に供給する供給管３１にガス温度調節部を設けて、二酸化炭素の温度を変化前のガラス転移温度（Ｔｇ）未満かつ変化後のガラス転移温度（Ｔｇ’）以上としているので、樹脂成形体Ｗの温度の調節を容易にすることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態においては、含浸工程及び転写工程において温度一定にしているのでより温度調節を一層簡単化することができる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４６】
例えば、前記実施形態において、二酸化炭素に含浸条件を緩和する助剤としてアルコールを混合させて収容室内に供給するようにしても良い。このようなものであれば、二酸化炭素の樹脂成形体への含浸を一層促進することができる。
【００４７】
また、二酸化炭素の温度を所望の温度に調節するガス温度調節部と同様に、金型を所望の温度に調節する金型温度調節部を設けるようにしても良い。
【００４８】
あるいは、前記実施形態では、樹脂成形体の温度及び二酸化炭素の温度を、樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節するようにしているが、この他にも、樹脂成形体の温度、二酸化炭素の温度又は金型の温度の少なくとも１つを二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節するようにしても良い。
【００４９】
さらに、前記実施形態では、樹脂成形体は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）から成形されたものを用いたが、これに限られることはなく、例えばスチレン系樹脂、（例えば、ポリスチレン、ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブテン、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、飽和ポリエステル樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、生分解性ポリエステル樹脂（例えば、ポリ乳酸のようなヒドロキシカルボン酸縮合物、ポリブチレンサクシネートのようなジオールとジカルボン酸の縮合物等）ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等の１種または２種以上の混合物、さらに無機物や有機物の各種充填材が混合された樹脂が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂中では、非晶性樹脂が特に好ましい。
【００５０】
また、前記実施形態の樹脂成形体加工装置は収容室の上下２室の差圧により、樹脂成形体が上下に移動する構成になっているが、当然金型が上下に移動する構成にしても良いし、このほかにも前記実施形態のような差圧を用いない機構により金型を樹脂成形体に押し付けるようにしても良い。
【００５１】
加えて、樹脂成形体加工装置は前記実施形態のほかに、樹脂成形体の一方の表層の一部分のみに二酸化炭素を含浸させてガラス転移温度を低下させて所定のパターンを転写する装置であっても良い。具体的には、図７に示すように、樹脂成形体Ｗの表面に気密に接触して、二酸化炭素を含浸させる表層のみを覆う筒状体１０と、当該筒状体１０の内部に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部３と、筒状体１０内で樹脂成形体Ｗに金型６を押し付ける押圧機構７（図示しない）とを備えたものであっても良い。
【００５２】
その他、本発明は前述した実施形態や変形例の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態における樹脂成形体加工装置の模式的構成図。
【図２】同実施形態における樹脂成形体加工装置の加工工程を示す図。
【図３】ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察により形状評価を示す図。
【図４】第１実施例の転写結果を示す図。
【図５】第２実施例の転写結果を示す図。
【図６】第３実施例の転写結果を示す図。
【図７】その他の変形実施形態における樹脂成形体加工装置の模式構成図。
【符号の説明】
【００５４】
１ ・・・樹脂成形体加工装置
Ｗ ・・・樹脂成形体
２ ・・・収容室
３ ・・・二酸化炭素供給部
４ ・・・樹脂成形体保持部
５ ・・・樹脂成形体温度調節部
６ ・・・金型
【技術分野】
【０００１】
この発明は、樹脂成形体を加工する方法及び装置に関するものであり、特に、熱可塑性の樹脂成形体の表層に微細パターンを転写する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光情報記録媒体（光ディスク）や導光板など、表面に微細形状を有し、これら表面形状の高転写性が要求される製品や、カメラやプリンタ用の光学レンズ等のように低複屈折性が要求される製品は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂を射出成形することにより製造されている。
【０００３】
近年、低複屈折性や更なる高転写性が要求されるようになり、これらの製品を製造するには従来の射出成形では限界があることから、プレスモールド成形方法や、エンボス加工方法などの特殊成形方法、加工方法が提案されている。
【０００４】
プレスモールド成形方法とは、予備成形体を金型のキャビティ内に置いた後、キャビティ容積を縮小し、キャビティ内に高い内圧を均一に発生させて等圧圧縮を行う方法であり、保圧のかかり方が射出成形と異なり均一になるので、成形品の残留ひずみが低減される。また、金型の転写性が著しく向上するという利点がある。
【０００５】
一方、エンボス加工方法とは、通常、ロールや金型を用いて模様、パターン等の形状を転写する加工方法をいう。例えば、熱可塑性樹脂からなる予備成形体のエンボス加工方法においては、成形前に金型及び予備成形体を熱可塑性樹脂の固化温度以上に加熱した後、金型を昇圧してプレスし、その後、金型を熱可塑性樹脂の固化温度以下に冷却してから成形品を取り出している。
【０００６】
しかし、これらの方法では、予備成形体を再度溶融させてからプレスするため、微細形状の転写性、低複屈折性は向上するものの、金型内における樹脂の予熱時間を長く要し、サイクルタイムも長くなるという問題が生じる。また、予備成形体の溶融冷却を繰り繰り返し行うので、冷却時における収縮率が一定せず、寸法精度が低下するという問題がある。
【０００７】
その一方で、二酸化炭素が熱可塑性樹脂に溶解すると、ガラス転移温度（Ｔｇ）の低下、粘度の低下、表面張力の低下などを促す可塑化作用がみられる。このような効果を利用してナノスケールの微細形状を樹脂成形体表面に形成する方法も提案されている。
【０００８】
例えば特許文献１には、超臨界状態の二酸化炭素が含浸した溶融樹脂を超臨界状態の二酸化炭素雰囲気下で金型に充填し、プレス金型を用いて加圧して微細パターンが形成された光情報記録媒体の製造方法が開示されている。この方法によればプレスモールド成形方法やエンボス加工方法に比べて、優れたパターン転写率を発揮することができる。
【０００９】
しかしながら、溶融樹脂に二酸化炭素を含浸させているので、パターン転写後の減圧の際に生じる気泡を完全に抑制することが困難であるという問題がある。
また、溶融樹脂をプレスするために、樹脂成形体全体にかかる圧力歪みを回避し難く、寸法安定性が十分に得られないおそれがあるという問題がある。
さらに、樹脂の溶融状態及び固体状態に２つの状態を取り扱うため、金型などの温度調節が難しいという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−１１８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、低複屈折性や高転写性を実現しつつ、さらに気泡発生を抑制するとともに、寸法安定性に優れ、サイクルタイム（加工時間）を短縮し、温度調節が簡単な成形体の加工方法及び加工装置を提供することをその所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係る樹脂成形体加工方法は、樹脂成形体の表層の全部又は一部に二酸化炭素を含浸させる含浸工程と、前記含浸工程において二酸化炭素が含浸された領域に、所定のパターンを有する金型を押し付けて、そのパターンを転写する転写工程とを有し、前記含浸工程及び前記転写工程において、前記樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることを特徴とする。ここで、樹脂成形体の表層とは、樹脂成形体の表面から所定の厚みを有する部分であり、その厚みは、含浸工程における含浸時間、含浸圧力又は含浸温度等により決定されるものである。具体的には、樹脂成形体の拡散係数をＤとして、含浸時間をｔとすると、その含浸する表層部分の厚さは、二酸化炭素の含浸深さと同一となり、２×（Ｄｔ）１／２となる。
【００１２】
このようなものであれば、表層の全部又は一部のみに二酸化炭素を含浸させて局所的にガラス転移温度を低下させているので、二酸化炭素の含浸時間、さらには加工時間を短縮することができる。また、表層のみに二酸化炭素を含浸させているので、気泡発生を抑制することができる。さらに、樹脂成形体全体を溶融する必要が無いので、圧力変化や温度変化に伴う樹脂成形体の圧力歪みを防ぐことができ、寸法安定性を確保することができる。加えて、樹脂成形体を二酸化炭素含浸後のガラス転移温度以上二酸化炭素含浸前のガラス転移温度未満の範囲内で処理しているので、樹脂成形体全体を溶融状態にする温度から固体状態にする温度への温度調節を必要としないので、温度調節が極めて容易となる。
【００１３】
ここで、樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にすると、二酸化炭素が含浸している領域（含浸領域）では、表層部分が軟化して柔くなり、二酸化炭素が含浸していない領域（未含浸領域）では、表層部分は固体状態であり、形状維持可能な状態である。
【００１４】
さらに、樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満の範囲内に確実に調節するためには、前記樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることが望ましい。
【００１５】
その上、金型の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることが望ましい。
【００１６】
前記金型に形成された具体的な転写パターンが、ナノオーダーの形状である場合に、本発明の効果を一層顕著なものとすることができる。ここで、ナノオーダーの形状とは、金型に形成された転写パターン、つまり金型に設けられた凹凸において、その一部に１μｍ未満の寸法を含む形状をいう。
【００１７】
二酸化炭素が樹脂成形体の表層に溶解しやすくするためには、前記二酸化炭素に含浸条件を緩和するための助剤を混合させていることが好ましい。助剤としては、アルコールや低分子の有機溶媒が挙げられる。環境安全性の観点からアルコールを用いることが好ましい。このように、含浸助剤を添加することで含浸条件の緩和、つまり含浸の低温化、低圧化、時間短縮（含浸効率の向上）の少なくとも１つを達成することができる。二酸化炭素に添加する量としては、二酸化炭素に溶解する量を限度としている。
【００１８】
さらに、本発明に係る樹脂成形体加工装置は、樹脂成形体を加工する樹脂成形体加工装置であって、前記樹脂成形体を収容する収容室と、前記収容室内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、前記収容室内で前記成形体を保持する成形体保持部と、前記成形体保持部により保持された前記樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節する樹脂成形体Ｗ温度調節部と、前記成形体保持部により保持された前記成形体に所定のパターンを転写するための金型を押し付ける押圧機構と、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満の範囲内に確実に調節するためには、樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節するガス温度調節部、又は前記金型の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節する金型温度調節部を備えていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
このように構成した本発明によれば、表層の全部又は一部のみに二酸化炭素を含浸させて局所的にガラス転移温度を低下させているので、二酸化炭素の含浸時間、さらには加工時間を短縮することができる。また、表層のみに二酸化炭素を含浸させているので、気泡発生を抑制することができる。さらに、樹脂成形体全体を溶融する必要が無いので、圧力変化や温度変化に伴う樹脂成形体の圧力歪みを防ぐことができ、寸法安定性を確保することができる。加えて、樹脂成形体を二酸化炭素含浸後のガラス転移温度以上二酸化炭素含浸前のガラス転移温度未満の範囲内で処理しているので、樹脂成形体全体を溶融状態にする温度から固体状態にする温度への温度調節を必要としないので、温度調節が極めて容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の樹脂成形体加工装置１に係る一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係る樹脂成形体加工装置１は、高圧に保った二酸化炭素の雰囲気下で、樹脂成形体Ｗをプレス加工するコールドエンボス装置であって、図１に示すように、樹脂成形体Ｗを収容する収容室２と、収容室２内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部３と、収容室２内で樹脂成形体Ｗを保持する樹脂成形体保持部４と、樹脂成形体保持部４により保持された樹脂成形体Ｗの温度を調節する樹脂成形体温度調節部５と、樹脂成形体保持部４により保持された樹脂成形体Ｗに所定のパターンを転写するための金型６を押し付ける押圧機構７と、を備えている。なお、本実施形態に用いる樹脂成形体Ｗは、厚さ３ｍｍ、直径２０ｍｍのディスク状（円盤状）に加工したアクリル樹脂（ＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate））である。
【００２３】
以下に各部について説明する。
収容室２は、樹脂成形体Ｗを収容するものであり、中間壁２３によって上室２１と下室２２との２室に分けられている。上室２１の上壁２１１には、金型６を固定するための金型固定部８が設けられている。中間壁２３の略中央部には、後述する樹脂成形体保持部４が、上室２１及び下室２２が気密状態でスライド移動可能な開口が設けられている。上室２１及び下室２２の側壁にはそれぞれ二酸化炭素を供給するための供給管３１及び二酸化炭素を排出するための排出管３４が接続されている。さらに、収容室２の周囲には、収容室２内の温度を調節するための収容室温度調節部（図示しない）を設けるようにしている。なお、排出管３４には、二酸化炭素の排出を制御するための排出制御弁３５が設けられており、図示しない制御装置により制御されている。
【００２４】
金型６は、本実施形態においては、樹脂成形体Ｗの上面の表層全体に所定のパターンを転写するためのものであり、所定の転写パターンを有する転写面６１を有する。その転写面６１の具体的な形状は、高さが６０ｎｍ、幅が１μｍの凸部を複数有するものである。
【００２５】
二酸化炭素供給部３は、二酸化炭素を貯蔵している二酸化炭素タンク９から二酸化炭素を収容室２の上室２１及び下室２２にそれぞれ供給するための供給管３１と、その供給管３１に設けられた流通制御弁３２と、二酸化炭素を収容室２の上室２１及び下室２２に供給するためのポンプ３３とからなる。そして、流通制御弁３２及びポンプ３３は、図示しない制御装置により制御されており、例えば収容室２内に充填された二酸化炭素が超臨界状態となるように制御される。また、供給管３１の周囲には、収容室２内に供給する二酸化炭素の温度を調節するためのガス温度調節部（図示しない）を設けるようにしている。
【００２６】
樹脂成形体保持部４は、樹脂成形体Ｗの上面が収容室２内に供給された二酸化炭素と接触するように略水平に保持するものであり、中間壁２３の開口にスライド移動可能に設けられている。そして、後述する押圧機構７により、樹脂成形体Ｗに二酸化炭素が含浸される含浸位置と、樹脂成形体Ｗが金型６に押し付けられる転写位置との間で移動するものである。
【００２７】
樹脂成形体温度調節部５は、樹脂成形体Ｗの温度を調節するものであり、樹脂成形体Ｗ及び樹脂成形体保持部４との間に設けられ、直接的に樹脂成形体Ｗの温度を調節するものである。具体的には、樹脂成形体Ｗの温度を、その樹脂成形体Ｗに二酸化炭素を含浸させた後に低下したガラス転移温度（Ｔｇ’）以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度（Ｔｇ）未満に調節するものである。
【００２８】
本実施形態のＰＭＭＡからなる樹脂成形体Ｗは、通常のガラス転移温度（Ｔｇ）（二酸化炭素を含浸させる前のガラス転移温度）は約１００℃であり、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度（Ｔｇ’）は約３０℃である。つまり、本実施形態において樹脂成形体温度調節部５は、ＰＭＭＡからなる樹脂成形体Ｗを３０℃から１００℃の間の温度となるように温度調節するものである。さらに、本実施形態においては、温度調節を簡単化するために、樹脂成形体Ｗの表層に二酸化炭素を含浸させる含浸工程から、当該含浸工程において二酸化炭素が含浸された領域に金型６を押し付けて、その転写パターンを転写する転写工程まで、樹脂成形体Ｗが同一の温度となるように温度を調節するようにしている。
【００２９】
二酸化炭素が含浸している領域（含浸領域）では、そのガラス転移温度（Ｔｇ’）は約３０℃となり、それ以外の二酸化炭素が含浸していない領域（未含浸領域）では、そのガラス転移温度（Ｔｇ）は約１００℃のままである。したがって、樹脂成形体Ｗを例えば４０℃に加熱したとしたならば、含浸領域のみ軟化することになり、未含浸領域は、ガラス転移温度（Ｔｇ）以下であるので、樹脂成形体Ｗは軟化することはなく金型６を押し付けても所定の転写パターンが転写されることはない。
【００３０】
押圧機構７は、樹脂成形体Ｗを含浸位置と転写位置との間で移動させ、樹脂成形体Ｗに金型６の転写面６１を押し付けるためのものであり、本実施形態では、上室２１の圧力（含浸する圧力）と下室２２の圧力との圧力差に応じて、樹脂成形体Ｗを金型６に押し付けるものである。その構成は、樹脂成形体保持部４に連続して設けられた可動部材７１と、当該可動部材７１の鉛直方向へのスライド移動を案内する案内部材（図示しない）とから構成される。樹脂成形体Ｗを含浸位置から転写位置に移動させる場合には、上室２１の圧力よりも下室２２の圧力を大きくし、転写位置から含浸位置に移動させる場合には、上室２１の圧力よりも下室２２の圧力を小さくする。
【００３１】
次にこのように構成した樹脂成形体加工装置１の動作には、図２に示すように樹脂成形体Ｗの表層に二酸化炭素を含浸させる含浸工程と、当該含浸工程において二酸化炭素が含浸された含浸領域に、所定の転写パターンを有する金型６の転写面６１を押し付けて、その転写パターンを転写する転写工程とがある。具体的には以下の工程がある。
【００３２】
収容室２の成形体保持部４に樹脂成形体Ｗを固定して、二酸化炭素供給部３により二酸化炭素を収容室２内に導入する。そして、収容室２内及び樹脂成形体Ｗを所定の温度（３０℃〜１００℃の間の温度）まで加熱し、ポンプ３３により収容室２内の圧力を所定の圧力（例えば１０ＭＰａ）まで加圧する。そのまま、一定時間（例えば１分）保持し、二酸化炭素を樹脂成形体Ｗの表層に含浸させる（含浸工程）。このとき含浸時間、含浸圧力又は含浸温度などにより二酸化炭素の含浸する表層の厚みが調節される。その後、上室２１の圧力及び下室２２の圧力を流通制御弁３２により調整して、金型６に樹脂成形体Ｗを押し付けて、所定時間保持して転写を行う（転写工程）。最後に、樹脂成形体Ｗが発泡しないように収容室２内を減圧して加工した樹脂成形体Ｗを取り出す。
【００３３】
＜第１実施例＞
次に、本実施形態の樹脂成形体加工装置１を用いた第１実施例について説明する。
本実施例における樹脂成形体Ｗは、厚さ３ｍｍ、直径２０ｍｍのディスク状（円盤状）に加工したアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）であり、その加工条件は、二酸化炭素の圧力（含浸圧力）を１０ＭＰａ、含浸温度を４０℃、プレス圧力を１３．８ＭＰａ、プレス時間を３０分とした。ここで、プレス圧力とは、樹脂成形体Ｗにかかる力［Ｎ］を、樹脂成形体Ｗの上面の面積［ｍ２］で割った値である。また比較の為、含浸時間は１時間及び２時間の場合で成形をした。なお、本実施例における金型６の転写面６１の凸部は、高さ６０ｎｍ、幅１μｍである。転写後の減圧方法は、発泡を防ぐために３０℃まで減温後、緩慢減圧である。
【００３４】
加工した樹脂成形体Ｗは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察により形状評価を行った。具体的には、図３に示すように、金型６及び転写面（図３（ア））をＡＦＭにより観察し、得られた断面形状を数値化して（図３（イ））平均化することにより（図３（ウ））、溝の転写形状（凸部）を評価した（図３（エ））。
【００３５】
このときの転写率は含浸時間１時間の場合には８７［％］であり、含浸時間２時間の場合には９１［％］であった。図４に示されるように、常温に近い温度（４０℃）において樹脂成形体Ｗの加工ができることが示された。ここで、転写率は以下の式により求めた。
【００３６】
【数１】
【００３７】
＜第２実施例＞
次に、本実施形態の樹脂成形体加工装置１を用いた第２実施例について説明する。
本実施例における樹脂成形体Ｗは、厚さ３ｍｍ、直径２０ｍｍのディスク状（円盤状）に加工したアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）であり、その加工条件は、二酸化炭素の圧力（含浸圧力）を１０ＭＰａ、含浸時間は１分、プレス圧力を２４．１ＭＰａとした。ここで、プレス圧力とは、樹脂成形体Ｗにかかる力［Ｎ］を、樹脂成形体Ｗの上面の面積［ｍ２］で割った値である。なお、本実施例における金型６の転写面６１の凸部は、高さ５０ｎｍ、幅１μｍである。転写後の減圧方法は、急減圧である。
【００３８】
上記の条件の下、含浸温度及びプレス時間を変化させた場合の結果を図５に示す。
【００３９】
図５（ａ）は含浸温度を３０℃（液状の二酸化炭素）、プレス時間を３０秒とした場合、図５（ｂ）は含浸温度を３５℃、プレス時間を３０秒とした場合、図５（ｃ）は含浸温度４０℃、プレス時間１分とした場合の転写形状の結果を示す図である。
このときの転写率は（ａ）の場合には９０．６［％］であり、（ｂ）の場合には８８．６［％］であり、（ｃ）の場合には９７．９［％］であった。これらの図からわかるように、本発明の加工方法を用いることで、含浸時間を短縮しても充分な転写性を満たした加工ができることが示された。
【００４０】
＜第３実施例＞
次に、本実施形態の樹脂成形体加工装置１を用いた第３実施例について説明する。
本実施例における樹脂成形体Ｗは、厚さ３ｍｍ、直径２０ｍｍのディスク状（円盤状）に加工したポリカーボネート（ＰＣ）であり、その加工条件は、二酸化炭素の圧力（含浸圧力）を１０ＭＰａ、含浸時間は５分、プレス圧力を３３．７ＭＰａとした。ここで、プレス圧力とは、樹脂成形体Ｗにかかる力［Ｎ］を、樹脂成形体Ｗの上面の面積［ｍ２］で割った値である。なお、本実施例における金型６の転写面６１の凸部は、高さ６０ｎｍ、幅１μｍである。転写後の減圧方法は、発泡を防ぐために減温後、緩慢減圧である。
【００４１】
ポリカーボネートの二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度（Ｔｇ）は、約１５０℃であり、二酸化炭素を含浸した後のガラス転移温度（Ｔｇ’）は、９５
℃である。このようなことから、含浸温度を１００℃、１２０℃、１４０℃のそれぞれの場合で成形をした。
【００４２】
このとき図６の転写結果に示されるように、ポリカーボネートからなる樹脂成形体Ｗを二酸化炭素含浸後のガラス転移温度以上二酸化炭素含浸前のガラス転移温度未満で加工することがわかる。
【００４３】
このように構成した本実施形態の樹脂成形体加工装置１によれば、樹脂成形体Ｗの表層にのみ二酸化炭素を含浸させて局所的にガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させているので、二酸化炭素の含浸時間、さらには加工時間を短縮することができる。また、表層のみに二酸化炭素を含浸させているので、気泡発生を抑制することができる。さらに、樹脂成形体Ｗ全体を溶融する必要が無いので、圧力変化や温度変化に伴う樹脂成形体Ｗの圧力歪みを防ぐことができ、寸法安定性を確保することができる。加えて、樹脂成形体Ｗを二酸化炭素含浸後のガラス転移温度（Ｔｇ’）以上二酸化炭素含浸前のガラス転移温度（Ｔｇ）未満の範囲内で処理しているので、樹脂成形体全体を溶融状態にする温度から固体状態にする温度への温度調節を必要としないので、温度調節が極めて容易となる。
【００４４】
また、二酸化炭素を収容室２に供給する供給管３１にガス温度調節部を設けて、二酸化炭素の温度を変化前のガラス転移温度（Ｔｇ）未満かつ変化後のガラス転移温度（Ｔｇ’）以上としているので、樹脂成形体Ｗの温度の調節を容易にすることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態においては、含浸工程及び転写工程において温度一定にしているのでより温度調節を一層簡単化することができる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４６】
例えば、前記実施形態において、二酸化炭素に含浸条件を緩和する助剤としてアルコールを混合させて収容室内に供給するようにしても良い。このようなものであれば、二酸化炭素の樹脂成形体への含浸を一層促進することができる。
【００４７】
また、二酸化炭素の温度を所望の温度に調節するガス温度調節部と同様に、金型を所望の温度に調節する金型温度調節部を設けるようにしても良い。
【００４８】
あるいは、前記実施形態では、樹脂成形体の温度及び二酸化炭素の温度を、樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節するようにしているが、この他にも、樹脂成形体の温度、二酸化炭素の温度又は金型の温度の少なくとも１つを二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節するようにしても良い。
【００４９】
さらに、前記実施形態では、樹脂成形体は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）から成形されたものを用いたが、これに限られることはなく、例えばスチレン系樹脂、（例えば、ポリスチレン、ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブテン、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、飽和ポリエステル樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、生分解性ポリエステル樹脂（例えば、ポリ乳酸のようなヒドロキシカルボン酸縮合物、ポリブチレンサクシネートのようなジオールとジカルボン酸の縮合物等）ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等の１種または２種以上の混合物、さらに無機物や有機物の各種充填材が混合された樹脂が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂中では、非晶性樹脂が特に好ましい。
【００５０】
また、前記実施形態の樹脂成形体加工装置は収容室の上下２室の差圧により、樹脂成形体が上下に移動する構成になっているが、当然金型が上下に移動する構成にしても良いし、このほかにも前記実施形態のような差圧を用いない機構により金型を樹脂成形体に押し付けるようにしても良い。
【００５１】
加えて、樹脂成形体加工装置は前記実施形態のほかに、樹脂成形体の一方の表層の一部分のみに二酸化炭素を含浸させてガラス転移温度を低下させて所定のパターンを転写する装置であっても良い。具体的には、図７に示すように、樹脂成形体Ｗの表面に気密に接触して、二酸化炭素を含浸させる表層のみを覆う筒状体１０と、当該筒状体１０の内部に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部３と、筒状体１０内で樹脂成形体Ｗに金型６を押し付ける押圧機構７（図示しない）とを備えたものであっても良い。
【００５２】
その他、本発明は前述した実施形態や変形例の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態における樹脂成形体加工装置の模式的構成図。
【図２】同実施形態における樹脂成形体加工装置の加工工程を示す図。
【図３】ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察により形状評価を示す図。
【図４】第１実施例の転写結果を示す図。
【図５】第２実施例の転写結果を示す図。
【図６】第３実施例の転写結果を示す図。
【図７】その他の変形実施形態における樹脂成形体加工装置の模式構成図。
【符号の説明】
【００５４】
１ ・・・樹脂成形体加工装置
Ｗ ・・・樹脂成形体
２ ・・・収容室
３ ・・・二酸化炭素供給部
４ ・・・樹脂成形体保持部
５ ・・・樹脂成形体温度調節部
６ ・・・金型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成形体の表層の全部又は一部に二酸化炭素を含浸させる含浸工程と、
前記含浸工程において二酸化炭素が含浸された領域に、所定のパターンを有する金型を押し付けて、そのパターンを転写する転写工程と、を有し、
前記含浸工程及び前記転写工程において、前記樹脂成形体の温度、前記樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素の温度、又は前記金型の温度の少なくとも１つを、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることを特徴とする樹脂成形体加工方法。
【請求項２】
前記金型に形成された転写パターンが、ナノオーダーの形状であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体加工方法。
【請求項３】
前記二酸化炭素に助剤を混合させていることを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂成形体加工方法。
【請求項４】
樹脂成形体を加工する樹脂成形体加工装置であって、
前記樹脂成形体を収容する収容室と、
前記収容室内に二酸化炭素を供給するガス供給部と、
前記収容室内で前記樹脂成形体を保持する樹脂成形体保持部と、
前記樹脂成形体保持部により保持された前記樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節する樹脂成形体温度調節部と、
前記樹脂成形体保持部により保持された前記樹脂成形体に所定のパターンを転写するための金型を、前記樹脂成形体に押し付ける押圧機構と、を備えている樹脂成形体加工装置。
【請求項５】
前記樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節するガス温度調節部を備えていることを特徴とする請求項４記載の樹脂成形体加工装置。
【請求項６】
前記金型の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節する金型温度調節部を備えていることを特徴とする請求項４又は５記載の樹脂成形体加工装置。
【請求項７】
前記金型に形成された転写パターンが、ナノオーダーの形状であることを特徴とする請求項４、５又は６記載の樹脂成形体加工装置。
【請求項１】
樹脂成形体の表層の全部又は一部に二酸化炭素を含浸させる含浸工程と、
前記含浸工程において二酸化炭素が含浸された領域に、所定のパターンを有する金型を押し付けて、そのパターンを転写する転写工程と、を有し、
前記含浸工程及び前記転写工程において、前記樹脂成形体の温度、前記樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素の温度、又は前記金型の温度の少なくとも１つを、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素を含浸する前のガラス転移温度未満にしていることを特徴とする樹脂成形体加工方法。
【請求項２】
前記金型に形成された転写パターンが、ナノオーダーの形状であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体加工方法。
【請求項３】
前記二酸化炭素に助剤を混合させていることを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂成形体加工方法。
【請求項４】
樹脂成形体を加工する樹脂成形体加工装置であって、
前記樹脂成形体を収容する収容室と、
前記収容室内に二酸化炭素を供給するガス供給部と、
前記収容室内で前記樹脂成形体を保持する樹脂成形体保持部と、
前記樹脂成形体保持部により保持された前記樹脂成形体の温度を、二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節する樹脂成形体温度調節部と、
前記樹脂成形体保持部により保持された前記樹脂成形体に所定のパターンを転写するための金型を、前記樹脂成形体に押し付ける押圧機構と、を備えている樹脂成形体加工装置。
【請求項５】
前記樹脂成形体に含浸させる二酸化炭素の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節するガス温度調節部を備えていることを特徴とする請求項４記載の樹脂成形体加工装置。
【請求項６】
前記金型の温度を、前記樹脂成形体の二酸化炭素を含浸させた後のガラス転移温度以上二酸化炭素が含浸される前のガラス転移温度未満に調節する金型温度調節部を備えていることを特徴とする請求項４又は５記載の樹脂成形体加工装置。
【請求項７】
前記金型に形成された転写パターンが、ナノオーダーの形状であることを特徴とする請求項４、５又は６記載の樹脂成形体加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１３７０３３（Ｐ２００７−１３７０３３Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３７７２８（Ｐ２００５−３３７７２８）
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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