JPS6120723A - 微小構造の面模様形成方法及びその装置 - Google Patents

微小構造の面模様形成方法及びその装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、微少構造の面模様形成方法及びその装置、さ
らに詳細には微少構造を有する鋳型の所定面領域を熱可
塑性樹脂層に刻印することにより微少構造を有する肉視
可能な面模様を形成する微少構造の面模様形成方法及び
その装置に関する。
［従来技術］ このような面模様は例えばカードや書類上に付されて回
折光学を用いた安全手段として用いられている（ＥＰ−
Ａ−０１０５０１１１１１）。この面模様は幾何学的な
図形、数字１文字、装飾模様、微細な線模様等として構
成され、例えば多数の回折光学素子を配置して構成され
ている。この面模様は種々の入射角を有するコヒーレン
トな光線を干渉させることにより回折光学構造を形成し
、それをフォトリングラフィを用いて微少な凹凸構造を
表面に形成することによって作るようにしている（ＥＰ
−Ａ−０１０５０９９）。その場合前もって作られた固
定した光学マスクを用い露光すべき領域を幾何学的に制
限するようにしている。
［発明が解決しようとする問題点］ 作成すべき面模様並びにその微少構造が図形的並びに構
造的な複雑性においである限界を越えると、マスク技術
は非常に高価なものとなり用いることができないことが
わかってる。さらに例えば特殊なジグザグ構造を有する
ような非対称な図形を有する回折光学模様は上述した干
渉方法では作ることができない。
又スイス特許第５９４４９５号には、圧力と熱を用゛い
て鋳型（母型）により熱可塑性樹脂層に刻印することに
より位相回折格子２位相ホログラム等の回折模様を作る
方法が知られている。このような面模様の作成は熱可塑
性樹脂に何回も刻印することにより多数の位相回折格子
を形成することにより行なわれている。しかしこの方法
は満足すべき結果を生むことができない。というのは加
熱され圧力を受けた部分と加熱されず圧力を受けない部
分との間の領域に隆起部が生じて障害となると共に刻印
された模様を継ぎ目なく配置させることができないから
である。又この継ぎ目なく配置されることができない理
由は鋳型が金属からできており熱的な容量が大きいため
に新しく刻印した周辺領域で隣接した前の刻印模様が強
制的に消去されてしまうからである。
又スイス特許第５８４４Ｅ１５号には鋳型を局所的に加
熱するか或いは局所的に熱可塑性樹脂層に押圧すること
により微少構造を有する鋳型の所定領域を刻印する方法
が知られている。しかしこの場合も刻印部分と刻印しな
い部分との間の境界部分が明確でないという問題が発生
する。
従って本発明はこのような従来の欠点を解決するために
成されたもので、微少構造を有する鋳型の所定面領域を
簡単な方法で刻印することにより刻印周囲領域がシャー
プな模様となり障害となるような隆起部が発生しない微
少構造を有する面模様を形成することが可能な方法及び
装置を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は上述した問題点を解決するために、輻射源を用
いてその焦点にある熱可塑性樹脂層のほぼ点状面素を加
熱し、鋳型の微少構造を熱可塑性樹脂層のこの面素部分
だけに刻印し、面模様をこの複数の面素の集合として形
成するようにする構成を採用した。
［作　用］ このような構成で、輻射源により熱可塑性樹脂層のほぼ
点状の面素領域が加熱され、それにより鋳型の微少構造
は面素部分だけにおいて刻印される。熱可塑性樹脂層を
輻射源の焦点に対して移°動させ何回も刻印することに
より上述した複数の面素から成る模様を構成することが
可能になる。
［実施例］ 以下図面に示す実施例に従い本発明の詳細な説明する。
第１図において符号１で示すものは平坦で堅固な光学的
に透明な抑圧用プレートであり、このプレート１上に光
学的に透明な基板２が固定される。基板２のプレート１
と反対側表面には熱可塑性で光線を吸収する材質から成
る薄い層３が配置される。この熱可塑性樹脂層３に後で
詳細に説明するように微少構造、特に回折光学模様の構
造を有する巨視的ないしは肉視可能な面模様が刻印され
る。熱可塑性樹脂層３は例えば黒或いは着色されたプラ
スチック層から構成される。この層は例えばプラスチッ
ク溶液に含まれたコロイド状の炭素によって基板２の表
面を着色することによっても作ることができる。この層
の典型的な厚さは約０．１〜１０ＪＬｍである。
熱可塑性樹脂層３に対向して非発熱の鋳型ないし母型４
が配置される。この鋳型４は刻印すべき微少構造を有し
、例えばニッケル合金から合成され好ましくは柔軟性が
ある構造である。スタンプ５を用いて鋳型４と熱可塑性
樹脂層３間に面的に見て狭い限られた点状領域に押圧力
を発生させることができる。この鋳型の厚さは約１１０
０７ｚである。スタンプ５は好ましくは約７ｍｍの曲率
半径を有する凸状の表面を有する。圧力発生器６により
スタンプ５は鋳型４を押しつけ直径が約３　ｍ　ｍの小
さな接触領域７となって熱可塑性樹脂層３に押圧される
。第１図に概略図示した鋳型ホルダ８により、鋳型４は
熱可塑性樹脂層３の接触領域７でのみ層３と接触し他の
領域では少し距離が離れているように保持される。鋳型
ホルダ８は鋳型４が手で保持するか或いは機械的に回転
できるように構成されるか或いは圧力発生器６が非動作
状態にある詩仙の微少構造を持つ他の鋳型と取り換えが
できるように構成される。
プレートｌの鋳型４と反対側には好ましくはレーザー９
．光学変調器１０．レンズ系１１から成る輻射源１２が
配置される。光学系１１によって熱線或いは光線１３が
ほぼ接触領域７の中央にある熱可塑性樹脂層３の焦点１
４に結像される。
直接入射する輻射線１３並びに鋳型４で反射された輻射
線を吸収することにより熱可塑性樹脂層３は焦点１４の
領域で加熱される。焦点１４の好ましい直径は約１００
ｇｍ以下である。変調器１０を用いて熱線或いは光線１
３のエネルギーを制御したり或いはオンオフさせたりす
ることができる。
圧力発生器６によってスタンプ５はＸ軸方向に移動させ
ることができる。この場合、プレート１、熱可塑性樹脂
層３を有する基板２並びに鋳型４は焦点１４並びにスタ
ンプ５に対してＸ軸方向並びにｙ軸方向、即ち熱可塑性
樹脂層３と平行な面において連続的に或いは間欠的に相
対的に移動することができるように構成される。このた
めにプレートｌ、基板２．鋳型４を移動可能にし、スタ
ンプ５並びに輻射源１２を固定させるか或いは逆にする
。又プレートｌ、基板２．鋳型４．並びに輻射源１２を
固定し、輻射線１３をミラー系を用いてスタンプ５の移
動に合わせｘｙ面で移動させることも可能である。
刻印圧力は圧力発生器６によって調節することができ、
熱可塑性樹脂層３が冷却した状態では接触領域７におい
て弾性的に変形して鋳型４の微少構造に合わされている
だけであり、押圧力を除去した場合には再び元の、例え
ば平担な状態に戻るように調節される。これに対して刻
印用の圧力と輻射線１３を同時に加えると、輻射線を吸
収する熱可塑性樹脂層３は輻射源１２の焦点１４の領域
にあるほぼ点状の面素部分において熱可塑温度に加熱さ
れ、この面素領域ではその表面が鋳型４の微少構造に合
わせて可塑的に変形し、刻印された微少構造は押圧力が
除去された場合冷却後も刻印された状態になっている。
このようにして所望の面模様がこのような複数の面素を
合成する形で作られる。
定常的な書込モードでは輻射線１３は短時間だ。
け投入される。続いて熱可塑性樹脂層３の加熱された部
分は鋳型４並びにスタンプ５へ熱が伝導されることによ
り又層３並びに基板２にも熱が伝導されることにより急
速に冷却される。スタンプ５は圧力発生器６により非動
作状態に移動され、それによって鋳型４は熱可塑性樹脂
層３から分離される。焦点１４の領域にはこのようにし
て微少構造が刻印される。各刻印毎に輻射源１２をオフ
にし押圧力を解除し基板２を焦点１４並びにスタンプ５
に対してｘｙ平面で所定量所定方向に移動させることに
より上述した刻印を連続して繰り返すことができる。あ
る刻印が終わった時鋳型４を交換したり或いは所定量ｚ
軸を中心に回転させることができる。それにより関連す
る層３の領域或いは互いに区ｆｆ１１された領域に任意
の微少構造を複数個刻印することが可能になる。
ダイナミックな書込モードでは鋳型４並びに層３を設け
た基板２は輻射源１２を投入し圧力発生器６を作動させ
た状態で焦点１４並びにスタンプ５に対して一定の速度
で連続的に相対的に移動されるので、関連した帯状の面
領域に鋳型４の微少構造が刻印される。このダイナミッ
クな書込モードにおいても順次任意の面模様を刻印する
ことにより微少構造を有する任意の面模様を形成するこ
とが可能になる。
上述した方法によって得られた肉視可能な面模様は例え
ば幾何学的な図形、数字９文字、装飾模様或いは縄編み
模様等であり、その微少構造は単−或いは複数の異なる
位相回折格子２位相ホログラム、キノホーム等である。
このようにして熱可塑性樹脂層３に安価な方法で回折的
な微少構造を有する編み込まれた線模様から成る複合し
た編み目積様を形成することが可能になる。その場合微
少構造は線毎に変化するか或いは線に沿って例えば準連
続的に化しているので、人間の目には着色して移動する
縄編み模様の効果を発生させることができる。上述した
方法は又例えば集積光学分野で用いられる微少な模様を
有する微少構造を作る場合にも用いることができる。
上述した熱可塑性樹脂３に形成された面模様から公知の
化学的並びにメッキ法に従って金属岐型の形をした複製
物を作るようにし、それを従来の刻印装置において面模
様を大量生産するために用いるようにすることもできる
。
第２図には上述した方法により形成された面模様の簡単
な例としてｙ軸方向に書込移動を行なうことによって得
られた幅狭の帯が図示されている。この帯の幅は焦点１
４の直径と等しいかそれよりわずかに大きい大きさで例
えば５０ｇｍの大きさである。この帯の構造は１ｍｍ当
たり１０〜２０００本の線形な位相回折格子となる。
第３図に図示したようにこのような帯を並列配置させる
ことにより任意の大きさの面模様を形成することができ
る。その場合隣接した帯の微少構造は継ぎ目なく互いに
隣接した帯に移行している。その場合鋳型４を層３に対
して相対移動することなくこのような帯を多数隣接形成
するようにすると、第３図に図示したように線模様が継
ぎ目なく多数の帯にわたって伸びる微少構造が発生する
。
第４図に図示したように形成された模様上に新しく書き
込むこともできる。その場合輻射エネルギーを十分な大
きさにすると前の模様を消すことができる。これによっ
て複雑な模様構造を形成することが可能になる。という
のは１回目の書込に続いて行なわれる他の構造を持った
２番目の書込用の面領域をとっておく必要がなくなるか
らである。
輻射線１３のエネルギー密度を正確に制御することによ
り、又書込速度を制御することにより前の模様を完全に
消すことなく古い模様の上に新しい模様を刻印させるこ
とも可能である。
既に上述したように非常に微細な線模様或いは線状の模
様だけでなく回折微少構造を有する関連した面模様を継
ぎ目線なく互いに隣接し或いは一部重畳させて刻印する
ことが可能になる。このような面模様の各面素の構造は
同一であったり或いは面素毎に異なったりする。又干渉
法によっては形成することができないような微少構造も
刻印することが可能になる。刻印周辺領域はシャープに
区画されており障害となるような隆起物は発生しない。
このように上述した方法により堅固なマスク装置を用い
ることなく微少な模様を形成することが可能になる。そ
の場合形成方法は数値制御により完全に自動的に行なう
ことが可能になる。
刻印圧力をスタンプ５を用いて焦点１４の領域のみに発
生するようにすると、鋳型４との接触時鋳型４の微少構
造が刻印されてはならない場所における層３の不本意な
局所的な変形を必要限に減少させることができる。特に
それによって鋳型の交換を容易にすることができ全面に
わたって圧力を発生させるのに比較して刻印圧力をかな
り小さなものにすることができ機械的な装置の設計が容
易になる。
第５図にはボール保持器１５とボール１６から成るスタ
ンプ５′が図示されている。ボール１６は所定の遊びを
持ってボール保持器１５の円筒空間１７に配置されてい
る。円筒空間１７の長手軸は第１図の２軸と一致する。
ボール１６の一部はボール保持器１５から突出しスタン
プ５′の凸状表面を形成している。空間１７は空圧管１
８並びに電磁弁１９を介して圧力発生器６として機能す
る空圧源２０と接続されている。
空間１７内の空圧によってボール１６は鋳型４に押圧さ
れ、この空気圧は電磁弁１９によってオソオフされ、又
かなりの範囲にわたって微少に変化させることができる
ので刻印圧力を正確に調整することができる。電磁弁１
９により刻印圧力を自動的に遮断することにより簡単な
方法で鋳型４を交換したり回転したり或いは移動させる
ことができる。ボール１６の側部に空気が流れることに
よりボールの回転抵抗を減少させることができる。ボー
ル１６と周囲の円筒との間に発生する漏れ空気によって
ボール１６を空冷することができる。
第６図において符号２１で示すものは図形模様の原版で
あり、その微少面模様２２が光電走査器２０によって走
査され、微少構造を有する肉視可能な面模様として熱可
塑性樹脂層３に正確に転写される。光源、レンズ系並び
に光検出器（図示せず）から構成される走査器２３は移
動装置２４”によって模様原版２１上を行毎に移動され
る。それに同期して焦点１４並びにスタンプ５が層３並
びに鋳型４に対して移動される。図ではこれは移動装置
２４によって移動され固定点２６を中心に回動されるパ
ンタグラフ２５の形をしたレバー装置によって図示され
ている。走査器２３からの出力信号は増幅器２７と比較
スイッチ２８を介して輻射源１２の変調器１０の制御入
力端子２９と接続されている。
模様原版２１の反射率が所定の値を越えると、変調器ｌ
Ｏは開放するので、層３の対応した場所に鋳型４の微少
構造が刻印される。それに対し反射率が所定以下の場合
には微少構造の刻印も行なわれないし、既に刻印されて
いた模様を消去することもない。
変調器１０は模様原版２１の反射率が低くなった場合に
刻印が行なわれるように制御することもできる。又変調
器１０は二進的に動作するのでなく段階的に駆動させる
こともできる。その場合輻射線１３のエネルギーと模様
原版２１の反射率との関係は線形であってもよく、又非
線形であってもよい。変調器１０を段階的に駆動するこ
とにより刻印された面素の幅を変調することができる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、微少構造を有する
鋳型の所定面領域を安価な方法で熱可塑性樹脂層に刻印
することができ、その場合刻印の周囲領域はシャープと
なりその間に何ら障害となるような隆起物を発生させる
ことなく微少構造を有した面模様を形成することが可能
になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の概略構成を示した構成図、第２図
から第４図はそれぞれ形成された異なる面模様の形状を
示す説明図、第５図はスタンプの異なる実施例を示した
断面図、第６図は模様原版を走査する装置の構成を示し
た概略ブロック図である。 ■・・・抑圧用プレート　２・・・基板３・・・熱可塑
性樹脂層　４・・・鋳型５・・・スタンプ　　　　６・
・・圧力発生器９・・・レーザー　　　　１０・・・光
学変調器第１図 第２図　　第３図　　　第４図 第５図 第６図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）微少構造を有する鋳型（１４）の所定面領域を熱可
    塑性樹脂層（３）に刻印することにより微少構造を有す
    る面模様を形成する微少構造の面模様形成方法において
    、輻射源（１２）を用いてその焦点（１４）にある熱可
    塑性樹脂層（３）のほぼ点状面素を加熱し、鋳型の微少
    構造をこの面素部分だけに刻印し、前記面模様を複数の
    面素の集合として形成するようにしたことを特徴とする
    微少構造の面模様形成方法。 ２）焦点（１４）領域においてのみ刻印用の押圧力を形
    成するようにした特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３）前記押圧力を凸状の面を有するスタンプを用いて発
    生させるようにした特許請求の範囲第２項に記載の方法
    。 ４）前記鋳型（４）と熱可塑性樹脂層（３）を焦点（１
    ４）に対して連続的に移動させることにより帯状の微少
    構造面領域を熱可塑性樹脂層に刻印するようにした特許
    請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載の方法。 ５）輻射源（１２）を遮断し、押圧力を解除して熱可塑
    性樹脂層（３）を焦点に対して間欠的に移動させるよう
    にした特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載
    の方法。 ６）前記移動時鋳型（４）を回転或いは交換するように
    した特許請求の範囲第５項に記載の方法。 ７）光電走査器（２３）を用いて模様原版 （２１）を走査し、それと同期して鋳型（４）と熱可塑
    性樹脂層（３）を焦点（１４）に対して移動させ、輻射
    源（１２）を操作器（２３）の出力信号に従って制御す
    るようにした特許請求の範囲第１項から第６項までのい
    ずれか１項に記載の方法。 ８）微少構造を有する鋳型の所定面領域を熱可塑性樹脂
    層に刻印することにより微少構造を有する面模様を形成
    する微少構造の面模様形成装置において、堅固な平坦な
    プレート（１）と、熱可塑性樹脂層（３）を形成した基
    板（２）と、鋳型（４）と、スタンプ（５、５′）とを
    備え、プレートのスタンプと反対側に輻射源（１２）を
    配置し、その焦点（１４）において熱可塑性樹脂層（３
    ）のほぼ点状面素を加熱し、前記スタンプは凸状の表面
    を有して焦点領域においてのみ刻印用の押圧力を発生し
    、前記鋳型（４）と熱可塑性樹脂層（３）を熱可塑性樹
    脂層（３）と平行な面において焦点（１４）とステンプ
    （５、５′）に対して相対移動可能になるように配置し
    たことを特徴とする微少構造の面模様形成装置。 ９）前記スタンプ（５′）をボール保持器 （１５）とボール（１６）から構成し、ボール（１６）
    をボール保持器（１５）の円筒空間（１７）に配置し、
    前記円筒空間（１７）を空圧管（１８）を介して空圧源
    （２０）に接続するようにした特許請求の範囲第８項に
    記載の装置。 １０）光電走査器（２３）を模様原版（２１）上で移動
    させる移動装置（２４）を設け、それと同期して鋳型（
    ４）と熱可塑性樹脂層（３）を焦点（１４）とスタンプ
    （５、５′）に対して移動させ、走査器（２３）の出力
    信号を輻射源（１２）の制御入力端子（２９）に接続す
    るようにした特許請求の範囲第８項又は第９項に記載の
    装置。
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