JP2002137291A

JP2002137291A - プラスチック構造体及び該プラスチック構造体の形成方法

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Publication number: JP2002137291A
Application number: JP2001109461A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Katayama; 茂片山; Yoshihiro Hieda; 嘉弘稗田; Mika Horiike; 美華堀池; Kazuyuki Hirao; 一之平尾
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-05-14
Anticipated expiration: 2021-04-09
Also published as: JP4610120B2

Abstract

(57)【要約】【課題】環境汚染やリサイクル等の環境問題が生じ
ず、プラスチック表面に凹凸構造を精密に形成させたプ
ラスチック構造体及びその形成方法を提供する。【解決手段】プラスチック構造体は、プラスチック表
面に、該プラスチック内部から隆起して形成された底面
の直径０．３〜３０μｍ、高さ０．１〜１０μｍの円錐
状ないし釣り鐘状の隆起物を、直径と同じかそれ以上の
間隔を置いて複数個有することを特徴とする。隆起物を
形成する前の状態のプラスチックは、１００℃以上のガ
ラス転移温度を有するプラスチックであってもよい。前
記プラスチック構造体は、プラスチック内部に外部より
パルス幅１０^-12秒以下の超短パルスのレーザーを、該
超短パルスのレーザーの照射方向に対して垂直な方向に
且つプラスチック表面に対して平行な方向に、超短パル
スのレーザーの焦点をライン状に移動させながら照射す
ることにより作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック部品
の表面処理・表面機能化に関する技術分野に属し、プラ
スチック部品の任意の表面部分に、外部から表面形成材
料を層として付加することなく円錐状ないしは釣り鐘状
の隆起物を形成させたプラスチック構造体、及び該プラ
スチック構造体の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、プラスチック部品の高機能化、高性
能化の要求が高くなってきている。それらの要求に対し
て、プラスチック材料自身をポリマーアロイ化したり複
合化したりする材料面での技術対応と、要求機能に合わ
せて機能部位を付加する加工面での技術対応の二つの取
り組みが行われている。プラスチック部品の表面の高機
能化・高性能化は、表面の濡れ性、接着性、吸着性、制
電性、水分やガスに対するバリアー性、表面硬さ、光反
射性、光散乱性、光透過性などの制御の必要性から、材
料・加工両面から色々な技術的な取り組みがされてきて
いる。それらの中で、プラスチックの表面に凹凸を設け
て、濡れ性や接着性や光学的特性を向上させる方法がい
くつかあり、それを分類すると下記のようになる。

【０００３】（１）プラスチックの表面を機械的に摩擦
したり、スパッタ・エッチングなどの物理的・化学的な
処理により表面の一部を除去して凹凸を形成する方法。（２）塗工・電鋳などのウエット・プロセスや蒸着・ラ
ミネート・転写等のドライ・プロセスによりプラスチッ
ク表面に膜を付加して凹凸を形成する方法。（３）予め凹凸を形成した金型などを利用して、成形に
より凹凸を形成する方法。

【０００４】（１）の方法は、除去されたプラスチック
の屑や飛散物による表面の汚染や後処理の問題があり、
（２）の方法は、付加方法特有の材料や加工プロセスの
追加による煩雑性の問題がある。また、（１）、（２）
とも最近の環境汚染やリサイクル対策に関して、有意な
方法とは言い難い。（３）の方法は、除去や付加を伴わ
ない方法であり量産性にも優れた方法であるが、精緻な
凹凸構造の制御性に乏しい問題がある。そのため、環境
汚染やリサイクルなどの問題を含まず、プラスチック表
面の任意の場所に精密な凹凸構造を制御された形で形成
できる方法の出現が望まれている。

【０００５】一方、レーザー光源に関する技術進歩は著
しく、特にパルスレーザーは、ナノ（１０^-9）秒からピ
コ（１０^-12）秒と超短パルス化が進み、更に最近で
は、チタン・サファイア結晶などをレーザー媒質とする
フェムト（１０^-15）秒パルスレーザーなどが開発され
てきている。ピコ秒やフェムト秒などの超短パルスレー
ザーシステムは、通常のレーザーの持つ、指向性、空間
的・時間的コヒーレンスなどの特徴に加えて、パルス幅
が極めて狭く、同じ平均出力でも単位時間・単位空間当
りの電場強度が極めて高いことから、物質中に照射して
高い電場強度を利用して誘起構造を形成させる試みが、
無機ガラス材料を主な対象物として行われてきている。

【０００６】また、高分子材料であるアモルファス・プ
ラスチック等は、無機ガラス材料と比較して、ガラス転
移温度が低い。これは、無機ガラス材料が共有結合で三
次元的に結合してアモルファス構造が形成されているの
に対して、高分子材料は、一次元的に共有結合で繋がっ
た高分子鎖が三次元的に絡み合ってアモルファス構造が
形成されていることを反映した結果である。従って、無
機ガラス材料に対しては、大きな照射エネルギーで照射
しないと、誘起構造が形成されないが、高分子材料で
は、高いエネルギーの照射は材料の劣化を引き起こす虞
があるので、高いエネルギーの照射は回避する必要があ
る。

【０００７】しかしながら、高分子材料は、熱伝導性が
低いという特徴を有している。従って、高分子材料は熱
伝導性が低いので、蓄熱し易い傾向がある。すなわち、
高分子材料は熱運動が無機ガラス材料に比べて容易に起
こり、運動や反応に必要な熱量が少なくて済むので、無
機ガラス材料に比べて、比較的低い照射エネルギーでも
誘起構造が形成される可能性がある。しかし、高分子材
料であるプラスチック構造体に関して、パルス幅が１０
^-12秒以下である（例えば、パルス幅がフェムト秒のオ
ーダーである）超短パルスレーザーの照射による誘起構
造形成の検討は、現在まで、無機ガラス材料ほどには行
われていなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
の様な従来の技術に付随する環境汚染やリサイクルなど
の環境問題が生じず、かつプラスチック表面に凹凸構造
を精密に形成させたプラスチック構造体及び該プラスチ
ック構造体の形成方法を提供することにある。本発明の
他の目的は、パルス幅が１０^-12秒以下である超短パル
スレーザーの照射により、該照射のエネルギーが低くて
も、プラスチック表面に凹凸構造が形成されたプラスチ
ック構造体及び該プラスチック構造体の形成方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意検討した結果、プラスチック内部に
１０^-12秒以下のパルスの超短パルスレーザーを照射す
ると、プラスチック表面に、プラスチック内部のレーザ
ー照射部位から供給された円錐状ないし釣り鐘状の隆起
物が精密に形成され、精密な凹凸構造を有するプラスチ
ック構造体を作製できることを見出した。本発明は、こ
れらの知見に基づいて完成されたものである。

【００１０】すなわち、本発明は、プラスチック表面
に、該プラスチック内部から隆起して形成された底面の
直径０．３〜３０μｍ、高さ０．１〜１０μｍの円錐状
ないし釣り鐘状の隆起物を、直径と同じかそれ以上の間
隔を置いて複数個有することを特徴とするプラスチック
構造体を提供する。

【００１１】前記隆起物は、プラスチック内部にパルス
幅１０^-12秒以下の超短パルスのレーザーを照射するこ
とにより形成されたものであってもよい。

【００１２】隆起物を形成する前の状態のプラスチック
としては、４００〜８００ｎｍの可視光波長領域におい
て１０％以上の透過率を有するプラスチックであっても
よい。また、隆起物を形成する前の状態のプラスチック
は、１００℃以上のガラス転移温度を有するアモルファ
ス・プラスチックであってもよい。さらに、隆起物を形
成する前の状態のプラスチックは、ポリマー材料と他の
材料との複合体であってもよい。さらにまた、隆起物を
形成する前の状態のプラスチックは、二つ以上の層構造
からなる積層体であってもよい。

【００１３】本発明のプラスチック構造体の形成方法
は、プラスチック内部に外部よりパルス幅１０^-12秒以
下の超短パルスのレーザーを、該超短パルスのレーザー
の照射方向に対して垂直な方向に且つプラスチック表面
に対して平行な方向に、超短パルスのレーザーの焦点を
ライン状に移動させながら照射することにより、前記プ
ラスチック構造体を作製することを特徴とする。

【００１４】本発明の形成方法では、超短パルスのレー
ザーの焦点をライン状に移動させる際のラインが複数有
り、各ライン同士が平行であることが好ましい。また、
超短パルスのレーザーは、プラスチック表面から５〜１
５０μｍの深さに焦点を合わせて照射することが好まし
い。超短パルスのレーザーの照射エネルギーは、５００
ｍＷ以下であってもよい。

【００１５】また、本発明では、プラスチック及び超短
パルスのレーザー光源のうちいずれか一方を、他方に対
して相対的に移動させることにより、超短パルスのレー
ザーの焦点をライン状に移動させることができる。ライ
ン状に移動する超短パルスのレーザーの焦点の移動速度
は、１０〜１，０００μｍ／秒であってもよい。さらに
また、焦点をライン状に移動させながら照射された複数
のラインにおいて、近接したライン間の間隔は、１０〜
１００μｍであってもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、必
要に応じて図面を参照しつつ説明する。

【００１７】［隆起物を有するプラスチック構造体］図
１は本発明のプラスチック構造体の一例を模式的に示す
鳥瞰図であり、図２は本発明のプラスチック構造体の他
の例を模式的に示す鳥瞰図である。

【００１８】図１のプラスチック構造体は、プラスチッ
クシート１の表面に、該プラスチックシート１の内部か
ら隆起して形成された円錐状の隆起物2aを複数個有して
いる。また、図２のプラスチック構造体は、プラスチッ
クシート１の表面に、該プラスチックシート１の内部か
ら隆起して形成された釣り鐘状の隆起物2bを複数個有し
ている。

【００１９】前記隆起物2a，2bの円錐や釣り鐘の底面の
直径は０．３〜３０μｍ、好ましくは１〜２０μｍ程度
であり、高さは０．１〜１０μｍ、好ましくは０．５〜
８μｍ程度である。また、隆起物2a，2bの間隔（底面の
円の中心間距離）は、底面の直径と同じかそれ以上（例
えば、直径〜直径の１０倍程度、好ましくは、直径〜直
径の５倍程度）である。

【００２０】［隆起物を有するプラスチック構造体の形
成］本発明のプラスチック構造体を形成する手段として
は、プラスチック表面に前記隆起物をプラスチック内部
から隆起させることにより形成可能なものであれば特に
限定されないが、特に、１０^-12秒以下のパルス時間の
超短パルスレーザーをプラスチック内部に照射する方法
が有効である。このような超短パルスレーザーの照射に
より、前記プラスチック構造体を形成する方法として
は、例えば、図４に示されるような方法を好適に採用す
ることができる。図４は、本発明のプラスチック構造体
の形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。図４におい
て、１はプラスチックシート、1aはプラスチックシート
１の表面、Ｔはプラスチックシート１の厚さ、３はパル
ス幅が１０^-12秒以下である超短パルスレーザー（単に
「レーザー」と称する場合がある）、４はレンズ、５は
レーザー３の焦点である。また、６はレーザー３の照射
方向であり、７はレーザー３の焦点５の移動方向であ
る。

【００２１】また、81，82，・・・，8n（ｎは１以上の
整数である）はそれぞれレーザー３の焦点５をライン状
に移動させる際のラインである［以下、ライン（81，8
2，・・・，8n）をライン８として総称する場合があ
る］。従って、ライン８は、焦点５の移動方向７と平行
又は同一の方向に延びている。ライン８は、焦点５をラ
イン状に移動させる際のラインであるので、焦点５がラ
イン状に移動した軌跡（「ライン状移動軌跡」と称する
場合がある）に対応又は相当する。なお、ライン８とし
ては、ライン81〜ライン8nまで単数ないし複数有してお
り、各ライン同士は平行な関係にある。

【００２２】さらに、ｄはプラスチックシート１の表面
1aと、レーザー３の焦点５との距離である。従って、距
離ｄは、プラスチックシート１の表面1aからの深さに相
当する。すなわち、ライン８は、プラスチックシート１
の表面1aからの深さがｄである位置となっている。該距
離ｄとしては、特に制限されず、プラスチックシート１
の厚さＴに応じて適宜選択することができ、通常、５〜
１５０μｍ程度の範囲から選択される。すなわち、超短
パルスのレーザーを、プラスチック表面から、例えば、
５〜１５０μｍの深さに焦点を合わせて照射することが
できる。距離ｄとしては、好ましくは１０〜１２０μ
ｍ、さらに好ましくは２０〜１００μｍ程度である。な
お、距離ｄは、もちろん、プラスチックシート１の厚さ
Ｔよりも短く、通常、厚さＴの半分以下であるが、半分
を越えていてもよい。

【００２３】なお、超短パルスのレーザーが同じ照射エ
ネルギーである場合、照射点又は焦点の深さが深くなる
ほど、照射エネルギーが三次元的に広がる範囲が広くな
る。すなわち、照射点又は焦点の深さが深くなるほど、
単位体積当たりの照射エネルギーの大きさが小さくな
る。

【００２４】また、Ｌはライン８における隣接又は近接
したライン（81，82，・・・，8n）間の間隔を示してい
る。該間隔Ｌは、特に制限されず、例えば、１０μｍ以
上の任意の範囲から選択することができる。間隔Ｌとし
ては、通常、１０〜１００μｍ程度の範囲から選択され
る場合が多い。

【００２５】図４では、レーザー３は、プラスチックシ
ート１に向けて、照射方向６の向きで、すなわちＺ軸と
平行な方向で、照射している。なお、レーザー３はレン
ズ４を用いることにより焦点を絞って合わせることがで
きる。また、プラスチックシート１はシート状の形態を
有しており、該プラスチックシート１の上面はＸ−Ｙ平
面と平行な面となっているとともに、Ｚ軸と垂直となっ
ている。

【００２６】また、レーザー３は、その焦点５を移動方
向７の向き（すなわちＹ軸と平行な向き）に、ライン状
に移動させながら照射させている。従って、その結果と
して、焦点５をライン８上をライン状に移動方向７の向
きに移動させながら、レーザー３が照射されていること
になる。前記移動方向７は、照射方向６に対して垂直な
方向であり、且つプラスチック１の表面1aに対して平行
な方向である。従って、ライン８は、焦点５の移動方向
７と平行であり、照射方向６とは垂直となっている。さ
らに、ライン８は、プラスチック１の表面1aに対して平
行な方向となっている。なお、レーザー３の焦点５を移
動方向７にライン状に移動させる際の該焦点５の移動速
度としては、特に制限されず、例えば、１０〜１，００
０μｍ／秒（好ましくは１００〜８００μｍ／秒）程度
の範囲から選択してもよい。

【００２７】より具体的には、レーザー３を照射方向６
の方向で、ライン８のうちいずれか１つのライン（ライ
ン81とする）の一方の末端部に焦点５を合わせて、照射
し、この焦点５を移動方向７の方向にライン81上をライ
ン状にライン81の他方の末端まで移動させる。その後、
このライン81上の焦点５の移動方法と同様の方法によ
り、レーザー３の焦点５を他のライン（ライン82とす
る）の一方の末端に合わせて他方の末端まで該ライン82
上をライン状に移動させる。さらに、このような焦点を
ライン８のうちいずれか１つのラインの一方の末端に合
わせて他方の末端まで移動させることを必要なだけ繰り
返すことにより、プラスチック表面に内部から隆起して
形成された円錐状ないし釣り鐘状の隆起物を有するプラ
スチック構造体を作製することができる。

【００２８】なお、超短パルスレーザーの焦点の移動
は、超短パルスレーザー及びレンズと、プラスチック構
造体との相対位置を動かせることにより、例えば、超短
パルスレーザー及びレンズ、及び／又は照射されるプラ
スチックを移動させることにより、行うことができる。
具体的には、超短パルスレーザーの照射は、例えば、照
射サンプル（照射されるプラスチック）を、２次元又は
３次元の方向に精密に動かすことができる精密なＸＹＺ
ステージに載せ、３次元的に移動させることにより、サ
ンプル任意の場所に行うことができる。また、ＸＹＺス
テージの移動を時間的に設定することにより、照射を３
次元的な連続性を持って任意に行うことができる。

【００２９】このように、レーザー３をプラスチックシ
ート１の内部に外部から照射して、焦点をライン状に移
動させることにより、プラスチックシート１の表面には
図１又は２に示されているような隆起物（2a，2b）を形
成することができる。該隆起物（2a，2b）は、通常、レ
ーザー３が照射される側の表面1aに形成される。表面1a
において、隆起物（2a，2b）が形成される位置として
は、ライン８と対応した表面1a上の位置であり、例え
ば、図４のように、表面1aに垂直にレーザー３が照射さ
れる場合、隆起物（2a，2b）は、該隆起物の中心部位
（底面の円の中心部位）がライン８の垂直上の表面1a上
にくるような位置に形成される。従って、１つのライン
状に形成された隆起物における隆起物間の間隔（すなわ
ち、ライン８が形成された方向と平行な方向における間
隔）としては、前述のように、隆起物の直径と同じかそ
れ以上の間隔となっている。このような１つのライン上
における隆起物間の間隔（ライン上間隔）は特に制限さ
れない。また、もちろん、１つのライン上における隆起
物の数は特に制限されず、レーザーの照射条件やプラス
チックの素材等に応じて適宜選択することができる。

【００３０】一方、複数のライン状に形成された隆起物
の隣接するライン上における隆起物間の間隔（すなわ
ち、ライン８が形成された方向に対して垂直な方向にお
ける間隔）（ライン間間隔）としては、通常、ライン８
の間隔Ｌと同等又はほぼ同等になる。

【００３１】［隆起物の形成前のプラスチック］本発明
では、超短パルスレーザーのプラスチック内部への照射
が有効に行われるためには、照射されるプラスチック
（隆起物を形成する前の状態のプラスチック）は、波長
４００ｎｍから８００ｎｍの可視光の波長領域で１０％
以上の透過率を有することが望ましい。上記波長領域で
著しい光吸収や散乱を起こす着色したプラスチックや散
乱粒子を多量に含むプラスチックは望ましくない。

【００３２】また、本発明では、プラスチックシート１
としては、隆起物を形成する前の状態のプラスチック
が、１００℃以上のガラス転移温度を有するものを用い
ることが最適である。１００℃以上のガラス転移温度を
有しているプラスチック材料を用いることにより、表面
に隆起物を有するプラスチック構造体を高い精度で作製
することができる。なお、超短パルスレーザーの照射に
より前記のような隆起物が形成されるメカニズムは、ま
だ詳細には解析されていない。ガラス転移温度が常温
（２３℃）未満にある耐熱性の低いプラスチック材料の
内部に超短パルスレーザー（フェムト秒パルスレーザ
ー）をライン状に移動させて照射すると、隆起物が形成
されるよりも、図３に示されるように、プラスチックシ
ート１の表面部分が内部に陥没した孔や溝2cが形成され
る場合が多い。一方、ガラス転移温度が常温（２３℃）
以上で且つ７０℃程度以下のプラスチック材料の内部に
超短パルスレーザーをライン状に移動させて照射する
と、図５で示されるように、プラスチック材料の内部に
空洞やクラック、溶融・再固化物2dが形成される場合が
多い。しかし、ガラス転移温度が１００℃以上のプラス
チック材料の内部に、超短パルスレーザーをライン状に
移動させて照射すると、図１や図２に示されるようにプ
ラスチック内部から隆起が起こる現象が観察され、プラ
スチック表面に精密に隆起物を作製することができる。
なお、プラスチックシート１としては、隆起物を形成す
る前の状態のプラスチックが、１００℃以上のガラス転
移温度を有するものを特に好適に用いることができる
が、前記隆起物を形成することができるものであれば、
隆起物を形成する前の状態のプラスチックのガラス転移
温度は、１００℃未満、例えば、常温（例えば、２３
℃）以上１００℃未満（好ましくは７０℃以上１００℃
未満）であってもよい。

【００３３】しかしながら、隆起物を形成する前の状態
のプラスチックに係るガラス転移温度と、超短パルスレ
ーザーの照射により形成される隆起物との関係は、まだ
定かではない。超短パルスレーザーが極めて高いエネル
ギーを有していることから、照射スポットが高温になり
プラスチックが溶融状態になることが考えられる。その
ため、超短パルスレーザーの照射により最も高められる
プラスチック材料の内部の温度が一定（該最も高温に高
められる一定温度をＴ⁰とする）と仮定すると、例え
ば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低いプラスチック材料で
は、内部が高温に高められる一定温度Ｔ⁰と、ガラス転
移温度Ｔｇとの差（Ｔ⁰−Ｔｇ）が大きく又は広くなる
ので、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度となって十分な運
動性を得る時間的・空間的な範囲が大きく又は広くなる
ことが予測される。具体的には、超短パルスレーザーの
照射により、前記一定温度Ｔ⁰まで温度が上昇する過程
で、プラスチック材料は膨張し、その後、照射位置又は
焦点が移動することにより、前記一定温度Ｔ⁰から常温
にまで温度が低下して冷却される冷却過程になると、Ｔ
⁰とＴｇとの差（Ｔ⁰−Ｔｇ）が大きい又は広いので、常
温にまで温度が低下するまでに運動できる時間的・空間
的な範囲が大きく又は広くなり、その結果として表面層
の吸い込み・陥没が起こり、孔や溝が形成されると思わ
れる。逆に、ガラス転移温度が高いプラスチック材料で
は、（Ｔ⁰−Ｔｇ）が小さく又は狭く、超短パルスレー
ザーの照射による溶融領域が、照射スポット（照射位置
又は焦点）の近辺又は周辺に限定され、ガラス転移温度
Ｔｇ以上の温度となって十分な運動性を得る時間的・空
間的な範囲が小さく又は狭くなり、しかも、Ｔ⁰から常
温にまで温度低下する冷却過程で、（Ｔ⁰−Ｔｇ）の温
度幅が小さい又は狭いので、より速く又は直ぐに固化状
態になり、一定温度Ｔ⁰まで温度が上昇する過程で膨張
した膨張状態に近い形状が固定又は保持され、その結果
として、マグマの噴火で火山が形成されるように、表面
に隆起物が形成されるものと思われる。すなわち、ガラ
ス転移温度の低いプラスチック材料（耐熱性の低い材
料）では、溶融状態の範囲が表面を含む広範囲に及び、
結果として表面層の吸い込み・陥没が起こり、孔や溝が
形成されるのに対し、ガラス転移温度の高いプラスチッ
ク材料（耐熱性の高い材料）では溶融領域がスポット近
辺に限定され、マグマの噴火で火山が形成されるよう
に、表面に隆起物が形成されるものと思われる。

【００３４】このように、レーザー照射に付すプラスチ
ック（隆起物を形成する前の状態のプラスチック）の熱
的な性質としては、アモルフアス・プラスチックでは、
ガラス転移温度が常温（２３℃）以上であることが望ま
しい。特に、本発明では、隆起物を形成する前の状態の
プラスチックとしては、前述のようなガラス転移温度と
隆起物との関係から、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１００
℃以上であることが最適である。

【００３５】隆起物を形成する前の状態のプラスチック
において、熱的性質は、隆起物を形成する時の形成因子
として働くだけでなく、隆起物形成後の安定性にも影響
を与えるため重要である。

【００３６】隆起物形成後の安定性については、プラス
チックの緩和現象による構造変化が関係し、ガラス転移
温度が低い材料では緩和が起こり易く生成した隆起物の
構造が不安定になる。

【００３７】このようなパルスレーザー照射に使用され
るプラスチックとしては、共重合体を含めた単一化学構
造のポリマー材料からなるものだけでなく、異なる化学
構造を有する複数のポリマー材料からなるポリマーアロ
イやポリマーブレンドでもよい。このようなポリマーア
ロイやポリマーブレンドの場合、プラスチックを構成す
るプラスチック材料の１成分以上が常温以上（好ましく
は７０℃以上、特に１００℃以上）のガラス転移温度を
有していることが重要である。

【００３８】また、パルスレーザー照射に使用されるプ
ラスチックとしては、無機化合物や金属などの他の材料
を分散状態で含んだ複合体であってもよく、異なるプラ
スチックや他の材料からなる層を含んだ２以上の層構造
からなる積層体であってもよい。

【００３９】具体的には、前記ポリマー材料の代表的な
例として、例えば、メタクリル樹脂、スチレン系樹脂、
ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリ
フェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリ
アリレート、ポリスルホン（ポリサルホン）、ポリエー
テルスルホン（ポリエーテルサルホン）、ポリエーテル
エーテルケトン等の熱可塑性樹脂などが挙げられるが、
これらに限定されるものではない。

【００４０】［超短パルスレーザー］使用する超短パル
スレーザーとしては、チタン・サファイア結晶を媒質と
するレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得られた
フェムト秒パルスレーザーなどが好都合であり、使用さ
れるパルス幅は１０^-12秒から１０^-15秒のオーダーのも
のが該当するが、通常は１００フェムト秒（１０
^-13秒）程度のものが使用される。使用波長は、可視光
領域の４００ｎｍから８００ｎｍ、繰り返しは１Ｈｚか
ら８０ＭＨｚの範囲で、通常は１０Ｈｚから５００ｋＨ
ｚ程度の条件で使用される。レーザーパルスの出力は、
数ｍＷから数百ｍＷ程度で使用される。

【００４１】なお、プラスチック材料に対して、内部に
おける単位体積当たりに照射されるエネルギーは、超短
パルスレーザーの照射エネルギー、プラスチック材料に
照射する際に用いられる対物レンズの開口数（光源の絞
り込み）、プラスチック材料への照射位置又は焦点の深
さ、レーザーの焦点の移動速度などに応じて決められ
る。

【００４２】また、本発明では、超短パルスレーザーの
平均出力又は照射エネルギーとしては、特に制限され
ず、目的とする隆起物の大きさや形状等に応じて適宜選
択することができ、例えば、５００ｍＷ以下（例えば、
１〜５００ｍＷ）、好ましくは５〜３００ｍＷ、さらに
好ましくは１０〜１００ｍＷ程度の範囲から選択するこ
とができる。前述のように、プラスチックは、無機ガラ
ス材料に比べて熱伝導性やガラス転移温度が低く、無機
ガラス材料と同じような励起構造を形成するのに必要な
照射エネルギーとしては、無機ガラス材料に必要な照射
エネルギーの１／１０〜１／１００程度に低くすること
ができる。

【００４３】また、超短パルスレーザーの照射スポット
径としては、特に制限されず、目的の隆起物の大きさや
その形状、レンズの大きさや開口数又は倍率などに応じ
て適宜選択することができ、例えば、０．１〜１０μｍ
程度の範囲から選択することができる。

【００４４】なお、レンズ４は、レーザー３の光線の焦
点を絞って合わせるために用いている。従って、レーザ
ーの焦点を絞って合わせる必要が無い場合は、レンズを
用いる必要はない。レンズ４の開口数（ＮＡ）は、特に
制限されず、対物レンズの倍率に応じて変更することが
でき、通常は、倍率としては１０〜５０倍、開口数とし
ては０．３〜０．８程度の範囲から選択される。

【００４５】このようにして形成された精密な凹凸構造
を表面に有するプラスチック構造体は、そのままプラス
チック部材として使用されてもよいし、貼り合わせや接
合や組み立てなどによる他の部材との複合部材として使
用してもよい。また、無電解メッキや蒸着などにより導
電性の賦与を行なったり、スタンピング用のマスター金
型化してもよい。

【００４６】本発明のプラスチック構造体は精密に制御
された凹凸構造を有しているので、拡散板や散乱素子な
どの光機能部材や、精密な空間や流路などを形成するス
ペーサー機能を利用したマイクロマシーンやセンサー、
電気的探針、バイオ機器、マイクロリアクターチップ、
埋め込み型人工臓器などに利用できる。

【００４７】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定される
ものではない。

【００４８】実施例１０．５ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が２２０℃のポリエ
ーテルサルホン（ＰＥＳ）シートの内部（深さ５μｍ）
に、照射波長８００ｎｍ、パルス幅１５０フェムト秒、
繰り返し２００ｋＨｚのチタン・サファイア・フェムト
秒パルスレーザーを、照射エネルギー７．０ｍＷ、対物
レンズの倍率１０倍で、照射スポット約３μ径、照射方
向に対して直角方向のサンプルの移動速度２５μｍ／秒
の条件で照射した。

【００４９】実施例２３．０ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１０５℃のメチル
・メタクリレート（ＰＭＭＡ）シートの内部（深さ５μ
ｍ）に実施例１と同じパルスレーザーを、実施例１と同
じ条件で照射した。

【００５０】比較例１０．５ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１５℃のウレタン
系ゴムのシートの内部（深さ５μｍ）に実施例１と同じ
パルスレーザーを、実施例１と同じ条件で照射した。

【００５１】実施例３０．５ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が２２０℃のポリエ
ーテルサルホン（ＰＥＳ）シートの内部（深さ３０μ
ｍ）に、照射波長８００ｎｍ、パルス幅１５０フェムト
秒、繰り返し２００ｋＨｚのチタン・サファイア・フェ
ムト秒パルスレーザーを、照射エネルギー４０ｍＷ、対
物レンズ１０倍で照射スポット約３μ径、照射方向に対
して直角方向のサンプルの移動速度５００μｍ／秒の条
件で、ライン間隔が２５μｍの５本の平行ライン状とな
るように焦点を移動させて、照射した。

【００５２】実施例４０．５ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１６０℃のポリカ
ーボネート（ＰＣ）シート内部（深さ３０μｍ）に実施
例３と同じ超短パルスレーザーを、実施例３と同じ条件
で照射した。

【００５３】実施例５３．０ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１０５℃のメチル
・メタクリレート（ＰＭＭＡ）シートの内部（深さ３０
μｍ）に実施例３と同じ超短パルスレーザーを、実施例
３と同じ条件で照射した。

【００５４】比較例２０．５ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１５℃のウレタン
系ゴムのシートの内部（深さ３０μｍ）に実施例３と同
じ超短パルスレーザーを、実施例３と同じ条件で照射し
た。

【００５５】比較例３０．５ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が６５℃のポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）シートの内部（深さ３０
μｍ）に実施例３と同じ超短パルスレーザーを、実施例
３同じ条件で照射した。

【００５６】評価及び評価結果パルスレーザーを照射した各サンプルについて、光干渉
顕微鏡（菱化システム社製）並びに反射型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）（日立製作所社製）を用いて、表面並びに断
面の形態及び形状の観察を行った。結果を表１又は表２
に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】

【発明の効果】本発明により、環境汚染やリサイクルな
どの環境問題を生じさせることなく表面の所望の部位に
精密な凹凸構造が形成されたプラスチック構造体が提供
される。このプラスチック構造体は光機能部材などの機
能部材として利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラスチック構造体の一例を模式的に
示す鳥瞰図である。円錐状の隆起物が形成されて、表面
に精密な凹凸構造を有している状態を示す。

【図２】本発明のプラスチック構造体の他の例を模式的
に示す鳥瞰図である。釣り鐘状の隆起物が形成されて、
表面に精密な凹凸構造を有している状態を示す。

【図３】本発明のような隆起物が形成されない一例を模
式的に示す鳥瞰図である。陥没した孔が形成された状態
を示す。

【図４】本発明のプラスチック構造体の形成方法の一例
を示す概略鳥瞰図である。

【図５】本発明のような隆起物が形成されない一例を模
式的に示す鳥瞰図である。内部に空洞やクラック、溶融
・再固化物が形成された状態を示す。

【符号の説明】

１プラスチックシート 2a 円錐状の隆起物 2b 釣り鐘状の隆起物 2c 陥没した孔 1a プラスチックシート１の表面Ｔプラスチックシート１の厚さ３パルス幅が１０^-12秒以下である超短パルスレーザ
ー４レンズ５レーザー３の焦点６レーザー３の照射方向７レーザー３の焦点５の移動方向８レーザー３の焦点５をライン状に移動させる際のラ
インｄプラスチックシート１の表面1aと、レーザー３の焦
点５との距離Ｌライン８における近接したライン間の間隔 2d 溶融・再固化物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀池美華大阪府茨木市下穂積一丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者平尾一之京都府京都市左京区田中下柳町８番地の94 Ｆターム(参考） 4F209 AA11 AA21 AA34 AH73 PA15 PB01 PC05 PG05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック表面に、該プラスチック内
部から隆起して形成された底面の直径０．３〜３０μ
ｍ、高さ０．１〜１０μｍの円錐状ないし釣り鐘状の隆
起物を、直径と同じかそれ以上の間隔を置いて複数個有
することを特徴とするプラスチック構造体。
【請求項２】隆起物が、プラスチック内部にパルス幅
１０^-12秒以下の超短パルスのレーザーを照射すること
により形成されたものである請求項１記載のプラスチッ
ク構造体。
【請求項３】隆起物を形成する前の状態のプラスチッ
クが、１００℃以上のガラス転移温度を有するプラスチ
ックである請求項１又は２記載のプラスチック構造体。
【請求項４】隆起物を形成する前の状態のプラスチッ
クが、４００〜８００ｎｍの可視光波長領域において１
０％以上の透過率を有するプラスチックである請求項１
〜３の何れかの項に記載のプラスチック構造体。
【請求項５】隆起物を形成する前の状態のプラスチッ
クが、ポリマー材料と他の材料との複合体である請求項
１〜４の何れかの項に記載のプラスチック構造体。
【請求項６】隆起物を形成する前の状態のプラスチッ
クが、二つ以上の層構造からなる積層体である請求項１
〜５の何れかの項に記載のプラスチック構造体。
【請求項７】プラスチック内部に外部よりパルス幅１
０^-12秒以下の超短パルスのレーザーを、該超短パルス
のレーザーの照射方向に対して垂直な方向に且つプラス
チック表面に対して平行な方向に、超短パルスのレーザ
ーの焦点をライン状に移動させながら照射することによ
り、前記請求項１〜６の何れかの項に記載のプラスチッ
ク構造体を作製することを特徴とするプラスチック構造
体の形成方法。
【請求項８】超短パルスのレーザーの焦点をライン状
に移動させる際のラインが複数有り、各ライン同士が平
行である請求項７記載のプラスチック構造体の形成方
法。
【請求項９】超短パルスのレーザーを、プラスチック
表面から５〜１５０μｍの深さに焦点を合わせて照射す
る請求項７又は８記載のプラスチック構造体の形成方
法。
【請求項１０】超短パルスのレーザーの照射エネルギ
ーが、５００ｍＷ以下である請求項７〜９の何れかの項
に記載のプラスチック構造体の形成方法。
【請求項１１】プラスチック及び超短パルスのレーザ
ー光源のうちいずれか一方を、他方に対して相対的に移
動させることにより、超短パルスのレーザーの焦点をラ
イン状に移動させている請求項７〜１０の何れかの項に
記載のプラスチック構造体の形成方法。
【請求項１２】ライン状に移動する超短パルスのレー
ザーの焦点の移動速度が、１０〜１，０００μｍ／秒で
ある請求項７〜１１の何れかの項に記載のプラスチック
構造体の形成方法。
【請求項１３】焦点をライン状に移動させながら照射
された複数のラインにおいて、近接したライン間の間隔
が、１０〜１００μｍである請求項８〜１２の何れかの
項に記載のプラスチック構造体の形成方法。