JP3783862B2 - 微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法および該金型を用いた微小隆起物を有する構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品の表面機能化に関する技術分野に属し、表面の微細加工技術に用いられる金型の作製方法および該金型を用いた微小隆起物有する構造体の製造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る。
【０００３】
また、量産のために金型が用いられ、該金型の原型を作製する方法を分類すると下記のようになる。
（１）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・プロセスにより表面に膜を付加して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。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。また、リソグラフによる方法（ＬＩＧＡ法（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ Ｇａｌｖａｎｆｏｒｍｕｎｇ ｕｎｄ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）もあるが、工程が煩雑である（特許文献１参照）。
【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（特許文献２参照）。
【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】
【特許文献１】
特開平１０−５０５７６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１９７４９８号公報
【０００９】
【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を金型の原型として、微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法、および該金型を用いた微小隆起物を有する構造体の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【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、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状、半球状等の形状を有する微小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。
【００１１】
すなわち、本発明は、表面に微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製する方法であって、下記工程Ａ〜工程Ｃを具備することを特徴とする微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法を提供する。
工程Ａ：プラスチック内部にパルス幅が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、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微小の隆起物を形成して金型の原型を形成する工程
工程Ｂ：工程Ａで形成された金型の原型の表面上に金型材料を被覆する工程
工程Ｃ：工程Ｂで形成された金型材料被覆層を金型の原型から金型として分離する工程
【００１２】
前記工程Ａにおいて、微小の隆起物として、底面の直径０．３〜１００μｍ、高さ０．１〜５０μｍの微小の隆起物であることが好ましく、また、円錐状、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状ないしは半球状の微小の隆起物であることが好適である。さらに、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く、また、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く、さらにまた、ポリマー材料と他の材料との複合体であってもよい。
【００１３】
また、工程Ａでは、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、プラスチックの表面に隆起物を形成することができる。このような場合、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く、また、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ことが好ましい。また、超短パルスのレーザーを、プラスチック下部表面から５〜５０μｍの深さに焦点を合わせて照射してもよい。さらに、超短パルスのレーザーの照射エネルギーは、５００ｍＷ以下であってもよい。
【００１４】
さらに、工程Ａにおいて、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としては、１０〜１，０００μｍ／秒であってもよく、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としては、１０〜１００μｍであってもよい。
【００１５】
前記金型材料としては金属材料を好適に用いることができる。
【００１６】
本発明には、表面に微小隆起物を有する構造体を製造する方法であって、下記工程Ｄ〜工程Ｅを具備することを特徴とする微小隆起物を有する構造体の製造方法も含まれる。
工程Ｄ：前記微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法により作製された金型に、成形材料を充填する工程
工程Ｅ：工程Ｄで金型に充填された充填物を、微小隆起物を有する構造体として、金型から離型する工程
【００１７】
前記工程Ｄで用いられる成形材料としてはプラスチック材料が好適である。
【００１８】
また、本発明は、前記微小隆起物を有する構造体の製造方法により得られた微小隆起物を有する構造体を、金型の原型として用い、該金型の原型の表面上に金型材料を被覆させ、この金型材料被覆層を金型の原型から分離して、微小隆起物を有する構造体形成用金型を得ることを特徴とする微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法を提供する。さらにまた、この微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法により得られた金型に、成形材料を充填し、この充填物を金型から離型して、微小隆起物を有する構造体を得ることを特徴とする微小隆起物を有する構造体の製造方法を提供する。
【００１９】
【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。
【００２０】
［工程Ａ］
工程Ａでは、パルス幅が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、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微小の隆起物を形成して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製している。本発明では、前記微小の隆起物は、直径と同じかそれ以上の間隔を置いて複数個形成することができる。
【００２１】
（微小隆起物を有するプラスチック）
図１は、金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックの一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図２〜５は金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックの他の例を模式的に示す概略鳥瞰図である。図１の微小隆起物を有するプラスチックは、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の微小隆起物を有するプラスチックは、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。図３の微小隆起物を有するプラスチックは、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カルデラ状の隆起物2cを複数個有している。図４の微小隆起物を有するプラスチックは、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テラス状の隆起物2dを複数個有している。図５の微小隆起物を有するプラスチックは、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半球状の隆起物2eを複数個有している。
【００２２】
図１〜５で示されるように、金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックは、その表面に、隆起物2a〜2e等の円錐状、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状、半球状等の微小の隆起物を有することができる。このような隆起物の底面の直径は０．３〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍ程度であり、高さは０．１〜５０μｍ、好ましくは０．５〜２０μｍ程度である。また、隆起物2a〜2eの間隔（底面の円の中心間距離）は、特に制限されないが、好ましく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。
【００２３】
本発明において、カルデラ状の隆起物とは、凸部の頂部が陥没している形状の隆起物を意味している。また、テラス状の隆起物とは、凸部の頂部が平面状になっている形状の隆起物を意味している。なお、図１〜５で示される隆起物2a〜2eの要部の断面図をそれぞれ図６（ａ）〜（ｅ）に示す。図６は、図１〜５で示される金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックにおける微小隆起物の要部の概略断面図を示す。具体的には、図６において、（ａ）は図１で示される円錐状の隆起物2aの要部の概略断面図であり、（ｂ）は図２で示される釣り鐘状の隆起物2bの要部の概略断面図であり、（ｃ）は図３で示されるカルデラ状の隆起物2cの要部の概略断面図であり、（ｄ）は図４で示されるテラス状の隆起物2dの要部の概略断面図であり、（ｅ）は図５で示される半球状の隆起物2eの要部の概略断面図である。
【００２４】
（微小隆起物を有するプラスチックの形成）
このような微小隆起物を有するプラスチックは、プラスチック内部にパルス幅が１０-12秒以下の超短パルスのレーザー（以下、「超短パルスレーザー」又は「レーザー」と称する場合がある）を照射することにより、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微小の隆起物を形成することにより形成することができる。前記微小の隆起物は、その底面の直径が０．３〜１００μｍで且つ高さが０．１〜５０μｍである。また、微小の隆起物の形状は、特に制限されないが、例えば、円錐状、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状、半球状などが挙げられる。さらにまた、微小の隆起物は、直径と同じかそれ以上の間隔を置いて複数個形成された形態で形成することができる。このような超短パルスレーザーの照射により、前記微小隆起物を有するプラスチックを形成する方法としては、例えば、図７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７は、金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックの形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。図７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、1bはプラスチックシート１の下部側の表面（下部表面）、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、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。
【００２５】
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（81，82，・・・，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。
【００２６】
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１０〜１２０μｍ、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。
【００２７】
図７では、レーザー３を照射している側のプラスチックシート１の表面1aに微小の隆起物を形成する方法を示しているが、微小の隆起物は、表面1aに対して反対側の面である下部表面（下面）1b（すなわち、レーザー３を照射している側の面と反対側の面）に形成することもできる。このように、レーザー３を照射している側の面と反対側の面である下部表面1bに微小の隆起物を形成する場合、プラスチック下部表面から、例えば、５〜５０μｍの深さに焦点を合わせて照射することが好ましい。プラスチックシート１の下部表面1bと、レーザー３の焦点５との距離としては、さらに好ましくは１０〜４０μｍであり、特に１０〜３０μｍ程度が好適である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図７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。
【００３１】
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、１０〜１，０００μｍ／秒（好ましくは１００〜８００μｍ／秒）程度の範囲から選択してもよい。
【００３２】
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、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状、半球状等の隆起物を有するプラスチックを作製することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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１〜５に示されているような隆起物（2a，2b，2c，2d，2e）を形成することができる。該隆起物（2a，2b，2c，2d，2e）は、通常、レーザー３が照射される側の表面1aに形成されるが、下面1bに形成することもできる。表面1aにおいて、隆起物（2a，2b，2c，2d，2e）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７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，2c，2d，2e）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は間隔をあけて形成されている。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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
また、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、プラスチックシートの表面部分が内部に陥没した孔や溝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、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１〜５（特に図１や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（室温以下も含む）であってもよい。
【００３８】
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、Ｔ0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。
【００３９】
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℃）以上であることが一般的に望ましいが、隆起が形成できればよい。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）、スチレン系樹脂（ポリスチレンの他、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、メチルメタクリレート−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−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）など）、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアリーレンエーテル（ポリフェニレンエーテルなど）、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）、ポリウレタン、ポリエステル（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、ポリエチレンナフタレートなど）、ポリエーテルエーテルケトン類（ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなど）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。
【００４５】
（超短パルスレーザー）
工程Ａにおいて、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５００ｋＨｚ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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
［工程Ｂ］
工程Ｂでは、工程Ａで形成された金型の原型（微小隆起物を有するプラスチック）の表面上に金型材料を被覆させて、金型材料からなる微小構造が転写された金型材料被覆層を金型の原型の表面上に形成している。従って、該金型材料被覆層の内部側の面（微小隆起物を有するプラスチックの表面と接触している面）は、微小隆起物を有するプラスチックの表面の形状に対応している。すなわち、金型材料被覆層は、前記プラスチックの表面の微小隆起物に対応する形状の微小陥没部を有している。
【００５１】
（金型材料）
金型材料としては、有機系金型材料（例えば、プラスチック材料など）や、無機系金型材料（例えば、金属材料やその他の無機化合物など）を用いることができる。金型材料は単独で又は２種以上組み合わせて使用することができる。
【００５２】
本発明では、金型材料としては、無機系金型材料、特に、金属材料を好適に用いることができる。該金属材料としては、特に制限されず、金型として用いて成形材料を成形することができるものであればよい。金属材料には、金属単体の他、その他の金属化合物が含まれる。なお、下記に示される無電解メッキ又は電解メッキにより金型材料被覆層（金属被覆層）を微小隆起物を有するプラスチック（金型の原型）の表面に形成する場合は、金属材料としては、前記無電解メッキ又は電解メッキを行うことができるものが好ましい。具体的には、金属材料としては、例えば、ニッケル、銅、銀、金、パラジウム、カドミウム、亜鉛、スズ、鉛、クロム、アルミニウム等の金属や、真ちゅう、ニッケル−クロム合金、銅−ニッケル合金、亜鉛−ニッケル合金、金−銅合金等の合金などが挙げられる。
【００５３】
なお、前記有機系金型材料としてのプラスチック材料としては、微小隆起物を有するプラスチックの溶融温度よりも低い溶融温度を有するプラスチック材料を用いてもよい。有機系金型材料としてのプラスチック材料としては、金型として用いることができるプラスチック材料であれば特に制限されない。具体的には、有機系金型材料としてのプラスチック材料としては、例えば、メタクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）、スチレン系樹脂（ポリスチレンの他、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、メチルメタクリレート−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−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体など）、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアリーレンエーテル（ポリフェニレンエーテルなど）、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）、ポリウレタン、ポリエステル（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、ポリエチレンナフタレートなど）、ポリエーテルエーテルケトン類（ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなど）などの熱可塑性樹脂や、レジスト材料などが挙げられる。なお、有機系金型材料の使用に際して、金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックと有機系金型材料とが接合しないように、該微小隆起物を有するプラスチックの表面を表面処理してもよい。
【００５４】
（金型材料の被覆）
微小隆起物を有するプラスチック表面上に金型材料を被覆する方法としては、前記プラスチック表面に金型材料を被覆することができる方法であれば特に制限されない。例えば、金型材料として金属材料を用いる場合は、金型の原型（微小隆起物を有するプラスチック）の表面上に金属材料を堆積させることにより、金属材料により金型の原型の表面を被覆させて、金属材料被覆層を形成することができる。より具体的には、金属材料の被覆方法としては、例えば、無電解メッキを行う方法や、予め、微小隆起物を有するプラスチック表面に蒸着などにより導電性の賦与を行った後に電解メッキを行う方法を好適に採用することができる。なお、無電解メッキを行った後に、電解メッキが行われてもよい。無電解メッキの後に、電解メッキを行うことにより、メッキ金属層の厚みを増加させることができる。
【００５５】
無電解メッキは、例えば、微小隆起物を有するプラスチックを、市販のニッケルメッキ浴に浸漬させることにより、前記プラスチックの全表面にメッキ金属を析出させて、金属被覆層を形成することができる。なお、無電解メッキを行う前にクロム酸処理などの前処理を行うことができる。
【００５６】
金型材料被覆層の厚みは特に制限されず、例えば、２００μｍ以上（例えば、０．２〜５ｍｍ）、好ましくは０．５〜３ｍｍ程度の範囲から選択することができる。金型材料被覆層の厚みが薄すぎると、金型としての強度が低下する。
【００５７】
［工程Ｃ］
工程Ｃでは、工程Ｂで形成された金型材料被覆層を金型の原型から分離して、金型（微小隆起物を有する構造体形成用金型）を得ている。金型材料被覆層および金型の原型を分離させる方法としては、前記金型材料被覆層を、前記金型の原型（プラスチック部材）から分離させることができる方法であれば特に制限されず、例えば、金型材料被覆層からプラスチック部材を抜き取る方法、剥離させる方法またはエッチングにより除去する方法などを１種で又は２種以上組み合わせて採用することができる。
【００５８】
なお、本発明では、前記工程Ａ〜工程Ｃを含む作製方法により作製された金型の形状を他の金型材料（例えば、プラスチック材料など）により写し取って、他の金型材料（プラスチック材料等）による金型を作製することもできる。例えば、前記工程Ａ〜工程Ｃを含む作製方法により得られた金属材料からなる金型（又は金属被覆層）の表面をプラスチック材料で被覆して、該被覆により形成されたプラスチック材料被覆層を、前記金属材料からなる金型（又は金属被覆層）から分離させて、プラスチック材料からなる金型を得ることができる。
【００５９】
このような本発明の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法は、前記工程Ａ〜工程Ｃを有しているので、微小隆起物を有する構造体形成用金型を、容易にしかも優れた精度で作製することができる。また、金型の原型を製造するにあたり、環境汚染やリサイクルなどの環境問題が生じない。本発明の製造方法により作製された金型を用いることにより、容易にしかも優れた精度で成形された微小隆起物を有する構造体を、各種の成形材料から得ることができる。
【００６０】
［工程Ｄ］
工程Ｄでは、前記工程Ａ〜工程Ｃを具備する作製方法により作製された金型に、成形材料を充填している。前記成形材料としては、特に制限されず、例えば、有機系成形材料、無機系成形材料のいずれであってもよいが、有機系成形材料を好適に用いることができる。成形材料は単独で又は２種以上組み合わせて使用することができる。
【００６１】
前記有機系成形材料としては、プラスチック材料が好ましく、該プラスチック材料のなかでも特に熱可塑性樹脂が好適である。熱可塑性樹脂などのプラスチック材料としては、例えば、メタクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）、スチレン系樹脂（ポリスチレンの他、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、メチルメタクリレート−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−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体など）、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアリーレンエーテル（ポリフェニレンエーテルなど）、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）、ポリウレタン、ポリエステル（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、ポリエチレンナフタレートなど）、ポリエーテルエーテルケトン類（ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなど）などが挙げられる。
【００６２】
また、有機系成形材料としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ノルボルネンゴム（ＮＯＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム、フォスファゼンゴム等のゴム材料や、ポリエチレン系エラストマー等のオレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系エラストマー、フッ素系エラストマー、ジエン系エラストマー等のエラストマー材料の他、導電性高分子などであってもよい。なお、有機系成形材料には、無機化合物や金属化合物などの各種材料等が含まれていてもよい。
【００６３】
また、無機系成形材料としては、金属化合物（金属単体を含む）やその他の無機化合物などを適宜選択して用いることができる。なお、無機系成形材料を用いる場合、金型としては、プラスチック材料により作製された金型を用いることができる。
【００６４】
成形材料を金型に充填する方法としては、特に制限されず、例えば、成形材料が熱可塑性樹脂である場合、一般的に、溶融状態の熱可塑性樹脂を金型に流し込む方法が用いられる。金型に溶融状態の熱可塑性樹脂を流し込んだ後は、冷却することにより、熱可塑性樹脂を固化することができる。
【００６５】
［工程Ｅ］
工程Ｅでは、工程Ｄで金型に充填された充填物（成形材料からなる充填物）を金型から離型させることにより、微小構造が転写された微小隆起物を有する構造体を得ている。例えば、成形材料として熱可塑性樹脂を用いた場合、冷却固化された熱可塑性樹脂を金型から抜き取ったり、剥離したりすることにより、離型することができる。
【００６６】
このような本発明の微小隆起物を有する構造体の製造方法は、前記工程Ｄ〜工程Ｅを有しているので、パルス幅が１０-12秒以下の超短パルスのレーザーを利用して作製された金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックと同一の形状を有する構造体（表面に微小隆起物を有する構造体）を、容易に且つ精度よく製造することができる。しかも、量産することが容易である。従って、パルス幅が１０-12秒以下の超短パルスのレーザーを利用して作製された微小隆起物を有するプラスチックと同一の形状を有するものを、容易に且つ精密に複製することができる。
【００６７】
本発明の方法により製造された微小隆起物を有する構造体は、表面に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。
【００６８】
また、本発明では、微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて作製された微小隆起物を有する構造体を、金型の原型として用いて、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様にして、新たな金型を作製することもでき、さらには、この新たな金型を用いて、前記工程Ｄ〜工程Ｅを具備する作製方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体を作製することもできる。すなわち、微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて作製された微小隆起物を有する構造体を金型の原型として用い、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様に、該金型の原型の表面上に金型材料を被覆させ、この金型材料被覆層を金型の原型から分離して、微小隆起物を有する構造体形成用金型を得ることも可能であり、さらには、この微小隆起物を有する構造体形成用金型に、前記工程Ｄ〜工程Ｅの方法と同様に、成形材料を充填し、この充填物を金型から離型して、微小隆起物を有する構造体を得ることも可能である。
【００６９】
これらの場合、微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて作製された微小隆起物を有する構造体としては、（ｉ）パルス幅が１０-12秒以下の超短パルスのレーザーをプラスチック内部に照射することにより作製された微小隆起物を有する構造体を金型の原型とし、該金型の原型を用いて金型を得て、さらにこの金型を用いることにより得られた微小隆起物を有する構造体であってもよく、（ii）微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて微小隆起物を有する構造体を作製し、この微小隆起物を有する構造体を金型の原型として、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製し、さらにこの金型を用いて、前記工程Ｄ〜工程Ｅを具備する作製方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体を作製するという一連の操作を、ｎ回（ｎは１以上の整数である）行うことにより得られた微小隆起物を有する構造体であってもよい。なお、前記（ｉ）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体は、前記工程Ａ〜工程Ｅの各工程を各１回だけ経て得られた微小隆起物を有する構造体に相当している。また、前記（ii）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体は、ｎが１の場合は、（ii-a）前記（ｉ）の方法により作製された微小隆起物を有する構造体を金型の原型として、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製し、さらにこの金型を用いて、前記工程Ｄ〜工程Ｅを具備する作製方法と同様にして作製された微小隆起物を有する構造体となり、ｎが２の場合は、（ii-b）前記（ii-a）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体を金型の原型として、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製し、さらにこの金型を用いて、前記工程Ｄ〜工程Ｅを具備する作製方法と同様にして作製された微小隆起物を有する構造体となり、ｎが３以上の場合は、この一連の操作を必要回数繰り返し行って作製された微小隆起物を有する構造体となる。
【００７０】
従って、本発明において、工程Ｄ〜工程Ｅを具備する微小隆起物を有する構造体の製造方法により得られた微小隆起物を有する構造体には、前記（ｉ）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体と、前記（ii）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体とが含まれる。すなわち、本発明では、工程Ｄ〜工程Ｅを具備する微小隆起物を有する構造体の製造方法により得られた微小隆起物を有する構造体を、金型の原型として用い、該金型の原型の表面上に金型材料を被覆させ、この金型材料被覆層を金型の原型から分離して、微小隆起物を有する構造体形成用金型を得ることができ、さらには、この微小隆起物を有する構造体形成用金型に、成形材料を充填し、この充填物を金型から離型して、微小隆起物を有する構造体を得ることができる。
【００７１】
このように、微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて作製された微小隆起物を有する構造体を金型の原型として利用する場合は、この金型の原型となる微小隆起物を有する構造体の成形材料として、前記例示のプラスチック材料やレジスト材料などのポリマーを用いることにより、樹脂以外の成形材料（例えば、金属化合物やその他の無機化合物などの無機系成形材料など）による微小隆起物を有する構造体を作製してもよい。
【００７２】
【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。
【００７３】
実施例１
０．５ｍｍ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３μｍ径、照射方向に対して直角方向のサンプルの移動速度２５μｍ／秒の条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。
【００７４】
次に、この金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを、濃度：９８重量％の硫酸（「９８％硫酸」と称する場合がある）、無水クロム酸及び９８％硫酸、純水、濃度：３５重量％の塩酸（「３５％塩酸」と称する場合がある）、純水、９８％硫酸、純水に、この順で、順次浸漬して、無電解メッキ前の前処理を行った後、ニッケルによる無電解メッキを行って、微小隆起物を有するプラスチック表面上にニッケルを０．８ｍｍの厚みまで堆積させた後、ニッケルにより被覆されたプラスチックを剥離させて、ニッケルからなる金型を得た。
【００７５】
このニッケルからなる金型に、熱溶融したポリメチルメタクリレートを（ＰＭＭＡ）を流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形物（成形体）を得た。
【００７６】
実施例２
３．０ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１０５℃のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）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て、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、実施例１と同様にして、熱溶融したＰＭＭＡを流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００７７】
実施例３
０．５ｍｍ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３０μｍ）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３μｍ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、且つライン間隔が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、照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。
【００７８】
この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得て、さらに、このニッケルからなる金型に、実施例１と同様にして、熱溶融したＰＭＭＡを流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００７９】
実施例４
０．５ｍｍ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、対物レンズ２０倍を用い、照射エネルギーを３０ｍＷとしたこと以外は実施例３と同じ条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、実施例１と同様にして、熱溶融したＰＭＭＡを流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８０】
実施例５
３．０ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１０５℃のＰＭＭＡ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て、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、実施例１と同様にして、熱溶融したＰＭＭＡを流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８１】
実施例６
３．０ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が−５０℃のアクリロニトリル−スチレン（ＡＳ）樹脂シートの内部（深さ８０μｍ）に実施例３と同じ超短パルスレーザーを、実施例３と同じ条件で条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、ＡＳ樹脂をテトラヒドロフランに溶解したＡＳ樹脂溶液を流し込んで、乾燥させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８２】
実施例７
実施例４と同じポリカーボネートの内部（深さ５０μｍ）に、実施例３と同じ超短パルスレーザーを、照射エネルギー（出力）を５０ｍＷとしたこと以外は実施例３と同じ条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、ＡＳ樹脂をテトラヒドロフランに溶解したＡＳ樹脂溶液を流し込んで、乾燥して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８３】
実施例８
実施例４と同じポリカーボネートの内部（深さ３０μｍ）に、実施例３と同じ超短パルスレーザーを、移動速度を１０００μｍ／秒としたこと以外は実施例３と同じ条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、ＡＳ樹脂をテトラヒドロフランに溶解したＡＳ樹脂溶液を流し込んで、乾燥して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８４】
評価及び評価結果
金型を用いて得られたＰＭＭＡの成形体について、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に示す。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表１から明らかなように、実施例１〜８により得られた成形体は、表面に微小な隆起物が形成されている。具体的には、実施例１〜５により得られた成形体は、表面に釣鐘状または円錐状の微小な隆起物を有しており、実施例６により得られた成形体は、表面にカルデラ状の微小な隆起物を有しており、実施例７により得られた成形体は、表面にテラス状の微小な隆起物を有しており、実施例８により得られた成形体は、表面に半球状の微小な隆起物を有している。
【００８７】
【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金型の原型が提供される。この金型の原型を利用して得られた金型を用いると、表面に微小な隆起物を有する構造体を容易に且つ精密に製造することができる。前記表面に微小な隆起物を有する構造体は、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】本発明の金型の原型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】本発明の金型の原型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】本発明の金型の原型の他の例を模式的に示す鳥瞰図である。カルデラ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４】本発明の金型の原型の他の例を模式的に示す鳥瞰図である。テラス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５】本発明の金型の原型の他の例を模式的に示す鳥瞰図である。半球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６】図１〜５で示される金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックにおける微小隆起物の要部の概略断面図を示す。
【図７】本発明の金型の原型の形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。
【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 カルデラ状の隆起物
2d テラス状の隆起物
2e 半球状の隆起物
1a プラスチックシート１の表面
1b プラスチックシート１の下部表面（下面）
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
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品の表面機能化に関する技術分野に属し、表面の微細加工技術に用いられる金型の作製方法および該金型を用いた微小隆起物有する構造体の製造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る。
【０００３】
また、量産のために金型が用いられ、該金型の原型を作製する方法を分類すると下記のようになる。
（１）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・プロセスにより表面に膜を付加して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。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。また、リソグラフによる方法（ＬＩＧＡ法（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ Ｇａｌｖａｎｆｏｒｍｕｎｇ ｕｎｄ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）もあるが、工程が煩雑である（特許文献１参照）。
【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（特許文献２参照）。
【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】
【特許文献１】
特開平１０−５０５７６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１９７４９８号公報
【０００９】
【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を金型の原型として、微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法、および該金型を用いた微小隆起物を有する構造体の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【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、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状、半球状等の形状を有する微小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。
【００１１】
すなわち、本発明は、表面に微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製する方法であって、下記工程Ａ〜工程Ｃを具備することを特徴とする微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法を提供する。
工程Ａ：プラスチック内部にパルス幅が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、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微小の隆起物を形成して金型の原型を形成する工程
工程Ｂ：工程Ａで形成された金型の原型の表面上に金型材料を被覆する工程
工程Ｃ：工程Ｂで形成された金型材料被覆層を金型の原型から金型として分離する工程
【００１２】
前記工程Ａにおいて、微小の隆起物として、底面の直径０．３〜１００μｍ、高さ０．１〜５０μｍの微小の隆起物であることが好ましく、また、円錐状、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状ないしは半球状の微小の隆起物であることが好適である。さらに、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く、また、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く、さらにまた、ポリマー材料と他の材料との複合体であってもよい。
【００１３】
また、工程Ａでは、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、プラスチックの表面に隆起物を形成することができる。このような場合、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く、また、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ことが好ましい。また、超短パルスのレーザーを、プラスチック下部表面から５〜５０μｍの深さに焦点を合わせて照射してもよい。さらに、超短パルスのレーザーの照射エネルギーは、５００ｍＷ以下であってもよい。
【００１４】
さらに、工程Ａにおいて、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としては、１０〜１，０００μｍ／秒であってもよく、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としては、１０〜１００μｍであってもよい。
【００１５】
前記金型材料としては金属材料を好適に用いることができる。
【００１６】
本発明には、表面に微小隆起物を有する構造体を製造する方法であって、下記工程Ｄ〜工程Ｅを具備することを特徴とする微小隆起物を有する構造体の製造方法も含まれる。
工程Ｄ：前記微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法により作製された金型に、成形材料を充填する工程
工程Ｅ：工程Ｄで金型に充填された充填物を、微小隆起物を有する構造体として、金型から離型する工程
【００１７】
前記工程Ｄで用いられる成形材料としてはプラスチック材料が好適である。
【００１８】
また、本発明は、前記微小隆起物を有する構造体の製造方法により得られた微小隆起物を有する構造体を、金型の原型として用い、該金型の原型の表面上に金型材料を被覆させ、この金型材料被覆層を金型の原型から分離して、微小隆起物を有する構造体形成用金型を得ることを特徴とする微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法を提供する。さらにまた、この微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法により得られた金型に、成形材料を充填し、この充填物を金型から離型して、微小隆起物を有する構造体を得ることを特徴とする微小隆起物を有する構造体の製造方法を提供する。
【００１９】
【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。
【００２０】
［工程Ａ］
工程Ａでは、パルス幅が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、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微小の隆起物を形成して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製している。本発明では、前記微小の隆起物は、直径と同じかそれ以上の間隔を置いて複数個形成することができる。
【００２１】
（微小隆起物を有するプラスチック）
図１は、金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックの一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図２〜５は金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックの他の例を模式的に示す概略鳥瞰図である。図１の微小隆起物を有するプラスチックは、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の微小隆起物を有するプラスチックは、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。図３の微小隆起物を有するプラスチックは、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カルデラ状の隆起物2cを複数個有している。図４の微小隆起物を有するプラスチックは、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テラス状の隆起物2dを複数個有している。図５の微小隆起物を有するプラスチックは、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半球状の隆起物2eを複数個有している。
【００２２】
図１〜５で示されるように、金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックは、その表面に、隆起物2a〜2e等の円錐状、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状、半球状等の微小の隆起物を有することができる。このような隆起物の底面の直径は０．３〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍ程度であり、高さは０．１〜５０μｍ、好ましくは０．５〜２０μｍ程度である。また、隆起物2a〜2eの間隔（底面の円の中心間距離）は、特に制限されないが、好ましく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。
【００２３】
本発明において、カルデラ状の隆起物とは、凸部の頂部が陥没している形状の隆起物を意味している。また、テラス状の隆起物とは、凸部の頂部が平面状になっている形状の隆起物を意味している。なお、図１〜５で示される隆起物2a〜2eの要部の断面図をそれぞれ図６（ａ）〜（ｅ）に示す。図６は、図１〜５で示される金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックにおける微小隆起物の要部の概略断面図を示す。具体的には、図６において、（ａ）は図１で示される円錐状の隆起物2aの要部の概略断面図であり、（ｂ）は図２で示される釣り鐘状の隆起物2bの要部の概略断面図であり、（ｃ）は図３で示されるカルデラ状の隆起物2cの要部の概略断面図であり、（ｄ）は図４で示されるテラス状の隆起物2dの要部の概略断面図であり、（ｅ）は図５で示される半球状の隆起物2eの要部の概略断面図である。
【００２４】
（微小隆起物を有するプラスチックの形成）
このような微小隆起物を有するプラスチックは、プラスチック内部にパルス幅が１０-12秒以下の超短パルスのレーザー（以下、「超短パルスレーザー」又は「レーザー」と称する場合がある）を照射することにより、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微小の隆起物を形成することにより形成することができる。前記微小の隆起物は、その底面の直径が０．３〜１００μｍで且つ高さが０．１〜５０μｍである。また、微小の隆起物の形状は、特に制限されないが、例えば、円錐状、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状、半球状などが挙げられる。さらにまた、微小の隆起物は、直径と同じかそれ以上の間隔を置いて複数個形成された形態で形成することができる。このような超短パルスレーザーの照射により、前記微小隆起物を有するプラスチックを形成する方法としては、例えば、図７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７は、金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックの形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。図７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、1bはプラスチックシート１の下部側の表面（下部表面）、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、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。
【００２５】
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（81，82，・・・，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。
【００２６】
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１０〜１２０μｍ、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。
【００２７】
図７では、レーザー３を照射している側のプラスチックシート１の表面1aに微小の隆起物を形成する方法を示しているが、微小の隆起物は、表面1aに対して反対側の面である下部表面（下面）1b（すなわち、レーザー３を照射している側の面と反対側の面）に形成することもできる。このように、レーザー３を照射している側の面と反対側の面である下部表面1bに微小の隆起物を形成する場合、プラスチック下部表面から、例えば、５〜５０μｍの深さに焦点を合わせて照射することが好ましい。プラスチックシート１の下部表面1bと、レーザー３の焦点５との距離としては、さらに好ましくは１０〜４０μｍであり、特に１０〜３０μｍ程度が好適である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図７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。
【００３１】
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、１０〜１，０００μｍ／秒（好ましくは１００〜８００μｍ／秒）程度の範囲から選択してもよい。
【００３２】
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、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状、半球状等の隆起物を有するプラスチックを作製することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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１〜５に示されているような隆起物（2a，2b，2c，2d，2e）を形成することができる。該隆起物（2a，2b，2c，2d，2e）は、通常、レーザー３が照射される側の表面1aに形成されるが、下面1bに形成することもできる。表面1aにおいて、隆起物（2a，2b，2c，2d，2e）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７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，2c，2d，2e）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は間隔をあけて形成されている。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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
また、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、プラスチックシートの表面部分が内部に陥没した孔や溝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、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１〜５（特に図１や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（室温以下も含む）であってもよい。
【００３８】
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、Ｔ0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。
【００３９】
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℃）以上であることが一般的に望ましいが、隆起が形成できればよい。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）、スチレン系樹脂（ポリスチレンの他、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、メチルメタクリレート−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−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）など）、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアリーレンエーテル（ポリフェニレンエーテルなど）、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）、ポリウレタン、ポリエステル（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、ポリエチレンナフタレートなど）、ポリエーテルエーテルケトン類（ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなど）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。
【００４５】
（超短パルスレーザー）
工程Ａにおいて、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５００ｋＨｚ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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
［工程Ｂ］
工程Ｂでは、工程Ａで形成された金型の原型（微小隆起物を有するプラスチック）の表面上に金型材料を被覆させて、金型材料からなる微小構造が転写された金型材料被覆層を金型の原型の表面上に形成している。従って、該金型材料被覆層の内部側の面（微小隆起物を有するプラスチックの表面と接触している面）は、微小隆起物を有するプラスチックの表面の形状に対応している。すなわち、金型材料被覆層は、前記プラスチックの表面の微小隆起物に対応する形状の微小陥没部を有している。
【００５１】
（金型材料）
金型材料としては、有機系金型材料（例えば、プラスチック材料など）や、無機系金型材料（例えば、金属材料やその他の無機化合物など）を用いることができる。金型材料は単独で又は２種以上組み合わせて使用することができる。
【００５２】
本発明では、金型材料としては、無機系金型材料、特に、金属材料を好適に用いることができる。該金属材料としては、特に制限されず、金型として用いて成形材料を成形することができるものであればよい。金属材料には、金属単体の他、その他の金属化合物が含まれる。なお、下記に示される無電解メッキ又は電解メッキにより金型材料被覆層（金属被覆層）を微小隆起物を有するプラスチック（金型の原型）の表面に形成する場合は、金属材料としては、前記無電解メッキ又は電解メッキを行うことができるものが好ましい。具体的には、金属材料としては、例えば、ニッケル、銅、銀、金、パラジウム、カドミウム、亜鉛、スズ、鉛、クロム、アルミニウム等の金属や、真ちゅう、ニッケル−クロム合金、銅−ニッケル合金、亜鉛−ニッケル合金、金−銅合金等の合金などが挙げられる。
【００５３】
なお、前記有機系金型材料としてのプラスチック材料としては、微小隆起物を有するプラスチックの溶融温度よりも低い溶融温度を有するプラスチック材料を用いてもよい。有機系金型材料としてのプラスチック材料としては、金型として用いることができるプラスチック材料であれば特に制限されない。具体的には、有機系金型材料としてのプラスチック材料としては、例えば、メタクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）、スチレン系樹脂（ポリスチレンの他、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、メチルメタクリレート−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−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体など）、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアリーレンエーテル（ポリフェニレンエーテルなど）、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）、ポリウレタン、ポリエステル（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、ポリエチレンナフタレートなど）、ポリエーテルエーテルケトン類（ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなど）などの熱可塑性樹脂や、レジスト材料などが挙げられる。なお、有機系金型材料の使用に際して、金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックと有機系金型材料とが接合しないように、該微小隆起物を有するプラスチックの表面を表面処理してもよい。
【００５４】
（金型材料の被覆）
微小隆起物を有するプラスチック表面上に金型材料を被覆する方法としては、前記プラスチック表面に金型材料を被覆することができる方法であれば特に制限されない。例えば、金型材料として金属材料を用いる場合は、金型の原型（微小隆起物を有するプラスチック）の表面上に金属材料を堆積させることにより、金属材料により金型の原型の表面を被覆させて、金属材料被覆層を形成することができる。より具体的には、金属材料の被覆方法としては、例えば、無電解メッキを行う方法や、予め、微小隆起物を有するプラスチック表面に蒸着などにより導電性の賦与を行った後に電解メッキを行う方法を好適に採用することができる。なお、無電解メッキを行った後に、電解メッキが行われてもよい。無電解メッキの後に、電解メッキを行うことにより、メッキ金属層の厚みを増加させることができる。
【００５５】
無電解メッキは、例えば、微小隆起物を有するプラスチックを、市販のニッケルメッキ浴に浸漬させることにより、前記プラスチックの全表面にメッキ金属を析出させて、金属被覆層を形成することができる。なお、無電解メッキを行う前にクロム酸処理などの前処理を行うことができる。
【００５６】
金型材料被覆層の厚みは特に制限されず、例えば、２００μｍ以上（例えば、０．２〜５ｍｍ）、好ましくは０．５〜３ｍｍ程度の範囲から選択することができる。金型材料被覆層の厚みが薄すぎると、金型としての強度が低下する。
【００５７】
［工程Ｃ］
工程Ｃでは、工程Ｂで形成された金型材料被覆層を金型の原型から分離して、金型（微小隆起物を有する構造体形成用金型）を得ている。金型材料被覆層および金型の原型を分離させる方法としては、前記金型材料被覆層を、前記金型の原型（プラスチック部材）から分離させることができる方法であれば特に制限されず、例えば、金型材料被覆層からプラスチック部材を抜き取る方法、剥離させる方法またはエッチングにより除去する方法などを１種で又は２種以上組み合わせて採用することができる。
【００５８】
なお、本発明では、前記工程Ａ〜工程Ｃを含む作製方法により作製された金型の形状を他の金型材料（例えば、プラスチック材料など）により写し取って、他の金型材料（プラスチック材料等）による金型を作製することもできる。例えば、前記工程Ａ〜工程Ｃを含む作製方法により得られた金属材料からなる金型（又は金属被覆層）の表面をプラスチック材料で被覆して、該被覆により形成されたプラスチック材料被覆層を、前記金属材料からなる金型（又は金属被覆層）から分離させて、プラスチック材料からなる金型を得ることができる。
【００５９】
このような本発明の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法は、前記工程Ａ〜工程Ｃを有しているので、微小隆起物を有する構造体形成用金型を、容易にしかも優れた精度で作製することができる。また、金型の原型を製造するにあたり、環境汚染やリサイクルなどの環境問題が生じない。本発明の製造方法により作製された金型を用いることにより、容易にしかも優れた精度で成形された微小隆起物を有する構造体を、各種の成形材料から得ることができる。
【００６０】
［工程Ｄ］
工程Ｄでは、前記工程Ａ〜工程Ｃを具備する作製方法により作製された金型に、成形材料を充填している。前記成形材料としては、特に制限されず、例えば、有機系成形材料、無機系成形材料のいずれであってもよいが、有機系成形材料を好適に用いることができる。成形材料は単独で又は２種以上組み合わせて使用することができる。
【００６１】
前記有機系成形材料としては、プラスチック材料が好ましく、該プラスチック材料のなかでも特に熱可塑性樹脂が好適である。熱可塑性樹脂などのプラスチック材料としては、例えば、メタクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）、スチレン系樹脂（ポリスチレンの他、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、メチルメタクリレート−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−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体など）、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアリーレンエーテル（ポリフェニレンエーテルなど）、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）、ポリウレタン、ポリエステル（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、ポリエチレンナフタレートなど）、ポリエーテルエーテルケトン類（ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなど）などが挙げられる。
【００６２】
また、有機系成形材料としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ノルボルネンゴム（ＮＯＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム、フォスファゼンゴム等のゴム材料や、ポリエチレン系エラストマー等のオレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系エラストマー、フッ素系エラストマー、ジエン系エラストマー等のエラストマー材料の他、導電性高分子などであってもよい。なお、有機系成形材料には、無機化合物や金属化合物などの各種材料等が含まれていてもよい。
【００６３】
また、無機系成形材料としては、金属化合物（金属単体を含む）やその他の無機化合物などを適宜選択して用いることができる。なお、無機系成形材料を用いる場合、金型としては、プラスチック材料により作製された金型を用いることができる。
【００６４】
成形材料を金型に充填する方法としては、特に制限されず、例えば、成形材料が熱可塑性樹脂である場合、一般的に、溶融状態の熱可塑性樹脂を金型に流し込む方法が用いられる。金型に溶融状態の熱可塑性樹脂を流し込んだ後は、冷却することにより、熱可塑性樹脂を固化することができる。
【００６５】
［工程Ｅ］
工程Ｅでは、工程Ｄで金型に充填された充填物（成形材料からなる充填物）を金型から離型させることにより、微小構造が転写された微小隆起物を有する構造体を得ている。例えば、成形材料として熱可塑性樹脂を用いた場合、冷却固化された熱可塑性樹脂を金型から抜き取ったり、剥離したりすることにより、離型することができる。
【００６６】
このような本発明の微小隆起物を有する構造体の製造方法は、前記工程Ｄ〜工程Ｅを有しているので、パルス幅が１０-12秒以下の超短パルスのレーザーを利用して作製された金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックと同一の形状を有する構造体（表面に微小隆起物を有する構造体）を、容易に且つ精度よく製造することができる。しかも、量産することが容易である。従って、パルス幅が１０-12秒以下の超短パルスのレーザーを利用して作製された微小隆起物を有するプラスチックと同一の形状を有するものを、容易に且つ精密に複製することができる。
【００６７】
本発明の方法により製造された微小隆起物を有する構造体は、表面に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。
【００６８】
また、本発明では、微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて作製された微小隆起物を有する構造体を、金型の原型として用いて、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様にして、新たな金型を作製することもでき、さらには、この新たな金型を用いて、前記工程Ｄ〜工程Ｅを具備する作製方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体を作製することもできる。すなわち、微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて作製された微小隆起物を有する構造体を金型の原型として用い、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様に、該金型の原型の表面上に金型材料を被覆させ、この金型材料被覆層を金型の原型から分離して、微小隆起物を有する構造体形成用金型を得ることも可能であり、さらには、この微小隆起物を有する構造体形成用金型に、前記工程Ｄ〜工程Ｅの方法と同様に、成形材料を充填し、この充填物を金型から離型して、微小隆起物を有する構造体を得ることも可能である。
【００６９】
これらの場合、微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて作製された微小隆起物を有する構造体としては、（ｉ）パルス幅が１０-12秒以下の超短パルスのレーザーをプラスチック内部に照射することにより作製された微小隆起物を有する構造体を金型の原型とし、該金型の原型を用いて金型を得て、さらにこの金型を用いることにより得られた微小隆起物を有する構造体であってもよく、（ii）微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて微小隆起物を有する構造体を作製し、この微小隆起物を有する構造体を金型の原型として、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製し、さらにこの金型を用いて、前記工程Ｄ〜工程Ｅを具備する作製方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体を作製するという一連の操作を、ｎ回（ｎは１以上の整数である）行うことにより得られた微小隆起物を有する構造体であってもよい。なお、前記（ｉ）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体は、前記工程Ａ〜工程Ｅの各工程を各１回だけ経て得られた微小隆起物を有する構造体に相当している。また、前記（ii）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体は、ｎが１の場合は、（ii-a）前記（ｉ）の方法により作製された微小隆起物を有する構造体を金型の原型として、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製し、さらにこの金型を用いて、前記工程Ｄ〜工程Ｅを具備する作製方法と同様にして作製された微小隆起物を有する構造体となり、ｎが２の場合は、（ii-b）前記（ii-a）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体を金型の原型として、前記工程Ｂ〜工程Ｃの方法と同様にして、微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製し、さらにこの金型を用いて、前記工程Ｄ〜工程Ｅを具備する作製方法と同様にして作製された微小隆起物を有する構造体となり、ｎが３以上の場合は、この一連の操作を必要回数繰り返し行って作製された微小隆起物を有する構造体となる。
【００７０】
従って、本発明において、工程Ｄ〜工程Ｅを具備する微小隆起物を有する構造体の製造方法により得られた微小隆起物を有する構造体には、前記（ｉ）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体と、前記（ii）の方法により得られた微小隆起物を有する構造体とが含まれる。すなわち、本発明では、工程Ｄ〜工程Ｅを具備する微小隆起物を有する構造体の製造方法により得られた微小隆起物を有する構造体を、金型の原型として用い、該金型の原型の表面上に金型材料を被覆させ、この金型材料被覆層を金型の原型から分離して、微小隆起物を有する構造体形成用金型を得ることができ、さらには、この微小隆起物を有する構造体形成用金型に、成形材料を充填し、この充填物を金型から離型して、微小隆起物を有する構造体を得ることができる。
【００７１】
このように、微小隆起物を有する構造体形成用金型を用いて作製された微小隆起物を有する構造体を金型の原型として利用する場合は、この金型の原型となる微小隆起物を有する構造体の成形材料として、前記例示のプラスチック材料やレジスト材料などのポリマーを用いることにより、樹脂以外の成形材料（例えば、金属化合物やその他の無機化合物などの無機系成形材料など）による微小隆起物を有する構造体を作製してもよい。
【００７２】
【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。
【００７３】
実施例１
０．５ｍｍ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３μｍ径、照射方向に対して直角方向のサンプルの移動速度２５μｍ／秒の条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。
【００７４】
次に、この金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを、濃度：９８重量％の硫酸（「９８％硫酸」と称する場合がある）、無水クロム酸及び９８％硫酸、純水、濃度：３５重量％の塩酸（「３５％塩酸」と称する場合がある）、純水、９８％硫酸、純水に、この順で、順次浸漬して、無電解メッキ前の前処理を行った後、ニッケルによる無電解メッキを行って、微小隆起物を有するプラスチック表面上にニッケルを０．８ｍｍの厚みまで堆積させた後、ニッケルにより被覆されたプラスチックを剥離させて、ニッケルからなる金型を得た。
【００７５】
このニッケルからなる金型に、熱溶融したポリメチルメタクリレートを（ＰＭＭＡ）を流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形物（成形体）を得た。
【００７６】
実施例２
３．０ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１０５℃のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）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て、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、実施例１と同様にして、熱溶融したＰＭＭＡを流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００７７】
実施例３
０．５ｍｍ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３０μｍ）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３μｍ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、且つライン間隔が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、照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。
【００７８】
この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得て、さらに、このニッケルからなる金型に、実施例１と同様にして、熱溶融したＰＭＭＡを流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００７９】
実施例４
０．５ｍｍ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、対物レンズ２０倍を用い、照射エネルギーを３０ｍＷとしたこと以外は実施例３と同じ条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、実施例１と同様にして、熱溶融したＰＭＭＡを流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８０】
実施例５
３．０ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が１０５℃のＰＭＭＡ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て、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、実施例１と同様にして、熱溶融したＰＭＭＡを流し込んで、冷却して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８１】
実施例６
３．０ｍｍ厚さの、ガラス転移温度が−５０℃のアクリロニトリル−スチレン（ＡＳ）樹脂シートの内部（深さ８０μｍ）に実施例３と同じ超短パルスレーザーを、実施例３と同じ条件で条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、ＡＳ樹脂をテトラヒドロフランに溶解したＡＳ樹脂溶液を流し込んで、乾燥させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８２】
実施例７
実施例４と同じポリカーボネートの内部（深さ５０μｍ）に、実施例３と同じ超短パルスレーザーを、照射エネルギー（出力）を５０ｍＷとしたこと以外は実施例３と同じ条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、ＡＳ樹脂をテトラヒドロフランに溶解したＡＳ樹脂溶液を流し込んで、乾燥して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８３】
実施例８
実施例４と同じポリカーボネートの内部（深さ３０μｍ）に、実施例３と同じ超短パルスレーザーを、移動速度を１０００μｍ／秒としたこと以外は実施例３と同じ条件で照射して、金型の原型である微小隆起物を有するプラスチックを作製した。この金型の原型を用いること以外は実施例１と同様にして、ニッケルからなる金型を得た。さらに、このニッケルからなる金型に、ＡＳ樹脂をテトラヒドロフランに溶解したＡＳ樹脂溶液を流し込んで、乾燥して固化させた後、型から抜いて成形体を得た。
【００８４】
評価及び評価結果
金型を用いて得られたＰＭＭＡの成形体について、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に示す。
【００８５】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１〜８により得られた成形体は、表面に微小な隆起物が形成されている。具体的には、実施例１〜５により得られた成形体は、表面に釣鐘状または円錐状の微小な隆起物を有しており、実施例６により得られた成形体は、表面にカルデラ状の微小な隆起物を有しており、実施例７により得られた成形体は、表面にテラス状の微小な隆起物を有しており、実施例８により得られた成形体は、表面に半球状の微小な隆起物を有している。
【００８７】
【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金型の原型が提供される。この金型の原型を利用して得られた金型を用いると、表面に微小な隆起物を有する構造体を容易に且つ精密に製造することができる。前記表面に微小な隆起物を有する構造体は、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】本発明の金型の原型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】本発明の金型の原型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】本発明の金型の原型の他の例を模式的に示す鳥瞰図である。カルデラ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４】本発明の金型の原型の他の例を模式的に示す鳥瞰図である。テラス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５】本発明の金型の原型の他の例を模式的に示す鳥瞰図である。半球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６】図１〜５で示される金型の原型としての微小隆起物を有するプラスチックにおける微小隆起物の要部の概略断面図を示す。
【図７】本発明の金型の原型の形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。
【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 カルデラ状の隆起物
2d テラス状の隆起物
2e 半球状の隆起物
1a プラスチックシート１の表面
1b プラスチックシート１の下部表面（下面）
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
Claims (19)
- 表面に微小隆起物を有する構造体形成用金型を作製する方法であって、下記工程Ａ〜工程Ｃを具備することを特徴とする微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
工程Ａ：プラスチック内部にパルス幅が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、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微小の隆起物を形成して金型の原型を形成する工程
工程Ｂ：工程Ａで形成された金型の原型の表面上に金型材料を被覆する工程
工程Ｃ：工程Ｂで形成された金型材料被覆層を金型の原型から金型として分離する工程 - 工程Ａにおいて、微小の隆起物が、底面の直径０．３〜１００μｍ、高さ０．１〜５０μｍの微小の隆起物である請求項１記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、微小の隆起物が、円錐状、釣り鐘状、カルデラ状、テラス状ないしは半球状の微小の隆起物である請求項１又は２記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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１０％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微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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１〜４の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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１〜５の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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、プラスチックの表面に隆起物を形成する前記請求項１〜６の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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１〜８の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、超短パルスのレーザーを、プラスチック下部表面から５〜５０μｍの深さに焦点を合わせて照射し、下部表面に微小の隆起物を形成する請求項１〜８の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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１〜１０の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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請求項７〜１１の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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７〜１２の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ａにおいて、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７〜１３の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 工程Ｂで用いられる金型材料が金属材料である請求項１〜１４の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 表面に微小隆起物を有する構造体を製造する方法であって、下記工程Ｄ〜工程Ｅを具備することを特徴とする微小隆起物を有する構造体の製造方法。
工程Ｄ：前記請求項１〜１５の何れかの項に記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法により作製された金型に、成形材料を充填する工程
工程Ｅ：工程Ｄで金型に充填された充填物を、微小隆起物を有する構造体として、金型から離型する工程 - 工程Ｄで用いられる成形材料がプラスチック材料である請求項１６記載の微小隆起物を有する構造体の製造方法。
- 前記請求項１６又は１７記載の微小隆起物を有する構造体の製造方法により得られた微小隆起物を有する構造体を、金型の原型として用い、該金型の原型の表面上に金型材料を被覆させ、この金型材料被覆層を金型の原型から分離して、微小隆起物を有する構造体形成用金型を得ることを特徴とする微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法。
- 前記請求項１８記載の微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法により得られた金型に、成形材料を充填し、この充填物を金型から離型して、微小隆起物を有する構造体を得ることを特徴とする微小隆起物を有する構造体の製造方法。
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