JPWO2017195879A1 - 樹脂成形品の成形方法及び樹脂成形品 - Google Patents

Abstract

ヒケを防止した高精度の形状転写が可能である樹脂成形品の成形方法を提供する。精密転写部分２０ｔと精密転写部分２０ｔに対向する対向部分３０ｔとを有し、対向部分３０ｔが転写面３０ａを有し精密転写部分２０ｔに向けて相対的に移動可能であるフィルム３２を有する転写型１００の、精密転写部分２０ｔと対向部分３０ｔとに挟まれた型空間ＳＰに、硬化性樹脂ＬＲを満たし、型空間ＳＰの少なくとも一部が開放された状態で硬化性樹脂ＬＲを硬化する。

Description

本発明は、光学素子その他を転写型を用いて製造するための樹脂成形品の成形方法及び樹脂成形品に関し、特に光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いた樹脂成形品の成形方法及び樹脂成形品に関する。

光硬化性樹脂から主になり１以上のキートップを有する押釦スイッチ用部材の製造方法として、下型に光硬化性樹脂を充填し、未硬化の光硬化性樹脂上に透光性を有する基材シートを貼り付けた後、板状で透光性を有する弾性体を介して透光性を有する上型を充填状態の光硬化性樹脂の上に配置し、上型を下型の方向へ加圧しつつ上型側から光硬化性樹脂に光を照射して硬化させるものが公知となっている（特許文献１）。

また、基板の両面に対し硬化性樹脂製の光学部材が設けられたウエハレンズの製造方法であって、一方及び他方の光学面形状に対応した成形面を複数有する第１及び第２の成形型を準備し、第１の成形型と基板の一方の面との間に硬化性樹脂を充填するとともに基板の他方の面と第２の成形型との間に硬化性樹脂を充填し、充填した各硬化性樹脂を同時に硬化させるものが公知となっている（特許文献２）。

また、基材と紫外線硬化樹脂とからなる複合光学素子の製造方法であって、紫外線の照射による樹脂の硬化開始時に、成形型を変位させるためのサーボモーターのトルク制限設定値を成形型およびその支持構造の重量に釣り合う値に変更して成形型を浮動状態にし、樹脂の収縮硬化力に成形型が追従するように制御し、樹脂の光学機能面におけるヒケの発生を防止するものが公知となっている（特許文献３）。

紫外線硬化樹脂その他の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いた成形工程においては、樹脂の硬化収縮に起因するヒケが問題となる。特許文献１では、ヒケを解決するために金型を閉じて加圧を行っているが、光学素子等に応用した場合、空気が抜けずボイドとなる、バリが発生する、滴下量のバラつきによって成形品の厚みが変化してしまう、応力による反りや複屈折が発生するといった、形状劣化や性能劣化の問題がある。また、特許文献２では、高精度な厚み制御を得るために、成形型の左右又は横周囲を開放させて樹脂の流動性を確保する手法を行っているが、このような手法では、成形型が変位又は変形しないため、ヒケの発生を防ぐことは困難である。特許文献３では、ヒケの問題に鑑みてヒケの収縮に追従するように型締めを行う機構を採用するが、このような機構は、１−２秒で硬化してしまうような速度の速い硬化プロセスには追従が困難であるだけでなく、ともすれば過剰又は不足圧力によって反り、複屈折、バリ等が発生する可能性又は傾向もあり、装置自体も煩雑になるという課題がある。

特開２０１１−２２８１９７号公報 国際公開第２００９／１４５００３号 特開２００９−１９０２５０号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、ヒケを防止した高精度の形状転写が可能である樹脂成形品の成形方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、ヒケがなく高精度で成形された樹脂成形品を提供することを目的とする。

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した樹脂成形品の成形方法は、精密転写部分と当該精密転写部分に対向する部分とを有し、対向部分が転写面を有し精密転写部分に向けて相対的に移動可能である可動部を有する転写型の、精密転写部分と対向部分とに挟まれた型空間に、光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれか一方の硬化性樹脂を満たし、型空間の少なくとも一部が開放された状態で硬化性樹脂を硬化する。

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した樹脂成形品は、光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれか一方である単一の硬化性樹脂で構成され、厚みが１ｍｍ以下で光透過性を有する平板状の樹脂成形品であって、少なくとも一面に複数個のレンズが成形されたレンズアレイを有し、レンズの焦点がレンズが設けられる面とは反対側の面から１ｍｍ以内の位置にある。

図１Ａ及び１Ｂは、第１実施態に係る樹脂成形品の成形方法で用いる転写型の構造を説明する側方断面図及び一方の型の転写面等を説明する図である。 図２Ａ〜２Ｃは、樹脂成形品の成形方法を説明する概念図である。 図３Ａ〜３Ｃは、樹脂成形品の成形方法を説明する概念図である。 図４Ａは、変形例の樹脂成形品及びその成形方法を説明する概念図であり、図４Ｂは、図４Ａの樹脂成形品を組み込んだ光学装置を説明する断面の概念図である。 別の変形例の樹脂成形品及びその成形方法を説明する概念図である。 第２実施態に係る樹脂成形品の成形方法等を説明する図である。 第３実施態に係る樹脂成形品の成形方法等を説明する図である。 第４実施態に係る樹脂成形品の成形方法等を説明する図である。 第５実施態に係る樹脂成形品の成形方法等を説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の樹脂成形品の成形方法及び樹脂成形品について説明する。

図１Ａ及び１Ｂに示すように、第１実施形態の樹脂成形品の成形方法に用いられる転写型１００は、板状で互いに対向する型部分として上型２０と下型３０とを備え、それらの間に配置されるスペーサー４０を有する。上型２０は、立体的な転写面２０ａを有し、下型３０は、転写面２０ａに対向する平坦な転写面３０ａを有する。例えば上型２０には、不図示の駆動機構が付随しており、上型２０は、水平に延びる姿勢を維持したままで下型３０に対して±Ｚ方向に昇降可能になっている。転写型１００は、外縁側が開放された状態で硬化工程を行うものであり、上型２０及び下型３０の転写面２０ａ，３０ａは、これらの外縁部２０ｓ，３０ｓにおいて開放されている。転写型１００によって成形を行う対象である硬化性樹脂ＬＲが光硬化性樹脂である場合、上型２０及び下型３０の少なくとも一方は、ＵＶその他の硬化光に対して光透過性を有する材料で形成される。転写型１００によって成形を行う対象である硬化性樹脂ＬＲが熱硬化性樹脂である場合、両型２０，３０は、光透過性を有する材料で形成する必要はない。

上型２０は、平板状の基板２１と、厚い層状の転写部２２とを有する。基板２１は、転写部２２を背後から支持して水平のＸＹ方向に延びる平坦な支持体（平坦基板）であり、ヤング率１ＧＰａ以上、特に３０ＧＰａ以上の弾性率を有することが望ましい。基板（支持体）２１は、例えばガラス、樹脂等の光透過性を有する材料で形成されるが、金属等の不透明材料でも構わない。基板２１が金属で形成される場合、例えば硬化性樹脂ＬＲが熱硬化性樹脂であるとき、樹脂に対する周辺の熱伝導率を上げることで、加熱時の硬化時間を短縮することが可能になる。また、硬化性樹脂ＬＲがＵＶ硬化性樹脂であるとき、樹脂成形品９０を透過したＵＶ光が反射されてＵＶ硬化性樹脂を往復するため、硬化速度を短縮することができる。一方、基板２１がガラスで形成される場合、樹脂成形品９０の平坦度を安価に達成することができ、また光硬化樹脂を用いる場合には基板２１側からの光硬化が可能になるため成形が容易になる。ここで、基板２１用の材料である樹脂には、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＥ、ＰＰ、オレフィンコポリマーその他のものが含まれる。また、金属には、ＳＵＳ、ニッケル、銅、アルミ、鉄その他のものが含まれる。ガラスとしては、ソーダガラス、硼珪酸ガラス、クリスタルガラス等を用いることができる。基板２１は、ガラス、樹脂、金属等の単独材料に限らず、これらの複合材料で形成することもできる。基板２１は、図示の型閉じ状態のほか、型開き、離型等に際して変形しない剛性を有しており、その表面２１ａは、平坦に保たれる。転写部２２は、基板２１の表面２１ａの一回り小さい領域上に形成された部分であり、例えば基板２１よりもヤング率が小さく比較的弾性変形しやすいシリコーン樹脂、具体的にはＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）系のシリコーンゴム樹脂で形成されている。転写部２２は、転写面２０ａの中央部として立体的なパターンが形成された光学転写面である機能転写面２２ａを有している。ここで、機能転写面２２ａは、例えば凹面である多数のパターン部２２ｄと、これらパターン部２２ｄを囲む平面部２２ｅとを有する。図示の例では、パターン部２２ｄが円形であり２次元格子点上に配列されているが、パターン部２２ｄは、凹面に限らず凸面とでき、階段状の円筒状又は角柱状に限らず多角錐、円錐、球面形状、非球面形状等とでき、その配列も樹脂成形品９０の用途に応じて適宜変更することができる。なお、転写部２２は、離型性確保の観点で所定以上の撥水性を有する材料で形成することが望ましく、或いは転写面２０ａは、所定以上の撥水性を有する材料でコーティングされることが望ましい。

機能転写面２２ａを設けた転写部２２と、これを背後から支持する基板２１の部分とは、樹脂成形品９０のうち光学的に機能する部分を形成するための精密転写部分２０ｔを構成する。

下型３０は、平板状の基板３１と、薄いシート状のフィルム３２とを有する。基板３１は、水平のＸＹ方向に延びる平坦な支持体（平坦基板）であり、ヤング率１ＧＰａ以上、特に３０ＧＰａ以上の弾性率を有することが望ましい。基板（支持体）３１は、上型２０の基板２１と同様に、例えばガラス、樹脂等の光透過性を有する材料で形成されるが、金属等の不透明材料でも構わない。基板３１は、図示の型閉じ状態のほか、型開き、離型等に際しても変形しない剛性を有しており、その表面３１ａは、平坦に保たれる。フィルム３２は、可撓性を有する可動部である。下型３０（具体的には、後述する対向部分３０ｔ）がフィルム３２を有することにより、フィルム３２が補助的な支持体となるため成形後のハンドリングが容易になる。また、通常剛性を有する転写型１００と樹脂成形品９０との離型は面離型になるが、樹脂成形品９０と可撓性を有するフィルム３２との離型は線離型となるため、離型が容易になる。さらに、フィルム３２が可撓性を有することによって転写型１００の開閉垂直な横方向（つまり、左右方向）の収縮にも対応して或る程度変形することが可能になるため、ヒケの影響を抑えることが可能になる。フィルム３２は、基板３１の表面３１ａ上に載置されているが、表面３１ａに接着されておらず、基板３１とは独立してＺ方向に昇降可能になっている。フィルム３２は、基板３１上にある場合、表面３１ａに倣って平坦でＸＹ方向に延び、基板３１の表面３１ａの一回り小さい領域上に配置されている。フィルム３２は、転写面３０ａの中央部として平坦な鏡面である裏側転写面３２ａを有している。フィルム３２は、可撓性を有するとともに、適度の弾性又は剛性を有する。フィルム３２を比較的高弾性とする場合、フィルム３２は、ヤング率が１０〜３０Ｐａの材料で形成され、フィルム３２を比較的低弾性とする場合、フィルム３２は、ヤング率が１〜１０Ｐａの材料で形成される。フィルム３２の材料は、例えばガラス、金属、樹脂、これらの複合材料等である。ここで、フィルム３２用の材料である金属には、ＳＵＳ、ニッケル、銅、アルミ、鉄、それらの表面にメッキを施したもの等が含まれる。また、樹脂には、ＰＥＴ、ＴＡＣ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＥ、ＰＰ、アラミド、セロハン等が含まれる。なお、フィルム３２は、離型性確保の観点で所定以上の撥水性を有する表面を有することが望ましい。

フィルム３２は、平坦度が１０μｍ以下であることが望ましく、厚みが５ｍｍ以下であることが望ましい。フィルム３２の平坦度を１０μｍ以下とすることで、裏側転写面３２ａをガラスや金属レベルの高い平坦度とすることができ、後述する樹脂成形品９０の裏面９０ｂの平坦度も同様に高めることができる。また、フィルム３２の厚みを５ｍｍ以下とすることで、フィルム３２の重量を下げることができるため、樹脂収縮への追従性が上がりヒケが発生し難くなる。具体的な作製例では、フィルム３２を１ｍｍ厚のテンパックスガラス製とし、或いはフィルム３２を１００μｍ厚のＰＥＴ製とした。フィルム３２がテンパックスガラス製である場合、ヤング率が例えば７．２×１０^１０Ｐａとなる。また、フィルム３２がＰＥＴ製である場合、ヤング率が例えば２.０×１０^８Ｐａとなる。

フィルム３２は、結晶性を有する材料で形成することが好ましい。結晶性を有する材料は、結晶粒子同士で凝集するため一般的に相溶性が悪く硬化後の硬化性樹脂ＬＲとの接着力が弱くなる。このため、フィルム３２を樹脂成形品９０から容易に剥離又は離型することが可能になる。可動部であるフィルム３２を形成する結晶性の材料としては、シリコン（Ｓｉ）のほか、結晶化ガラス、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、及びポリプロピレン（ＰＰ）のほか、ＰＥＴ、ＰＡ、ＰＯＭ、ＣＯＰ等の各種樹脂材料を挙げることができる。

裏側転写面３２ａを設けたフィルム３２と、これを背後から支持する基板３１の部分とは、樹脂成形品９０のうち光学的に機能する部分の裏面を形成するための対向部分３０ｔを構成する。

スペーサー４０は、例えば下型３０に固定されて、型締め時に下型３０に対する上型２０のＺ方向の位置を調整する。つまり、スペーサー４０を介在させることで、成形に際して、基板２１の表面２１ａと基板３１の表面３１ａとの間隔を精密に調整でき、結果的に機能転写面２２ａと裏側転写面３２ａとの間隔を精密に調整できる。フィルム（可動部）３２とスペーサー４０とが別体であるため、型閉じを精密に行いつつもフィルム３２に変形等の影響が生じることを防止でき、樹脂成形品９０の厚みを高精度にすることできる。スペーサー４０は、下型３０の外周に沿って環状に設けることができるが、下型３０の外周に沿った複数箇所に分割して配置することもできる。スペーサー４０は、ヤング率１０ＧＰａ以上、特に１００ＧＰａ以上の弾性率を有することが望ましく、両型２０，３０と同様にガラス、樹脂、金属等で形成される。

以上において、型締め状態の上型２０上の転写部２２と下型３０上のフィルム３２との間に挟まれた型空間ＳＰは、樹脂成形品９０の外形に対応するものとなっている。ただし、後述するように、成形時の硬化収縮によって樹脂成形品９０の厚みが僅かに減少し、フィルム３２が上型２０方向に僅かに上昇する。よって、樹脂成形品９０の硬化収縮量が大きい場合、予めスペーサー４０の高さ寸法を調整して、硬化収縮後の樹脂成形品９０の厚みが目標値となるようにすることもできる。

図１Ａ等に示す転写型１００を用いた樹脂成形品９０の成形方法の一例について説明する。転写型１００において、精密転写部分２０ｔと対向部分３０ｔとに挟まれた型空間ＳＰに硬化性樹脂ＬＲを満たし、型空間ＳＰの少なくとも一部が開放された状態で硬化性樹脂ＬＲを硬化する。

まず、図２Ａに示すように、転写型１００を準備する。転写型１００のうち、上型２０は、金属、樹脂等で形成されポジタイプの転写面を有するマスター型（不図示）からＮｉ系の合金で形成されネガタイプの転写面を有する電鋳型（不図示）を作製し、この電鋳型と光透過性を有する基板２１との間に例えば熱硬化型のシリコーンゴム樹脂を挟んで加熱し硬化させることにより、基板２１上に転写部２２を形成する。電鋳型を外せば、上型２０が得られる。一方、下型３０は、基板３１を準備し、その表面３１ａの適所に必要な厚みを有するスペーサー４０をセットし、表面３１ａの中央の適所にフィルム３２を載置する。

次に、図２Ｂに示すように、上型２０を一旦上昇又は待避させた状態で、下型３０の転写面３０ａ、すなわちフィルム３２の裏側転写面３２ａ上に例えば紫外線硬化型樹脂である液状の硬化性樹脂ＬＲを適量供給するとともに、図２Ａに示す上型２０を下型３０に近接させる型閉じを開始する。硬化性樹脂ＬＲは、シリコーン系樹脂又はフッ素系樹脂である。硬化性樹脂ＬＲとしてシリコーン系樹脂又はフッ素系樹脂を用いることで、成形によって得られる樹脂成形品９０の耐光性が向上する。硬化性樹脂ＬＲとしては、硬化収縮率が２％以上のものを使用する。硬化性樹脂ＬＲの硬化収縮率が２％を超えると平坦面のような形状でもヒケが比較的発生しやすくなるが、本実施形態の転写型１００による成形方法の場合、そのようなヒケが発生しやすい樹脂材料を用いる場合であっても、ヒケの発生を抑えた成形が可能になる。

図２Ｃに示すように、スペーサー４０に上型２０を所定圧力で当接させて上型２０と下型３０との間隔が適切になった型締め状態で、上型２０の上方及び／又は下型３０の下方から紫外照射光である硬化光を照射することにより、硬化性樹脂ＬＲが硬化して樹脂成形品９０が得られる。なお、具体的な作製例では、波長３６５ｎｍのＬＥＤ光源を硬化光の光源として用い、露光量９００ｍＪ／ｃｍ^２で照射を行った。

図３Ａに示すように、硬化性樹脂ＬＲから得た樹脂成形品９０の表面９０ａには、上型２０の機能転写面２２ａに対応する凹凸パターンが形成されている。硬化に際して硬化性樹脂ＬＲが収縮する結果として、樹脂成形品９０の裏面９０ｂに付着したフィルム３２が僅かに上昇し、フィルム３２と基板３１との間に狭い隙間ＧＡが形成される。このような硬化に際して、樹脂成形品９０となる硬化性樹脂ＬＲは、機能転写面２２ａのうち平面部２２ｅに対向する比較的薄い部分９１ｇで硬化の進行が進み易い。結果的に、硬化性樹脂ＬＲのうち平面部２２ｅに対向する比較的薄い部分９１ｇの硬化収縮量は小さくなる。一方、硬化性樹脂ＬＲのうちパターン部２２ｄに対向する比較的厚い部分９１ｈの硬化収縮量は大きくなる。しかしながら、フィルム３２が所定以上の弾性及び剛性を有するので、樹脂成形品９０又は硬化性樹脂ＬＲは、裏面９０ｂ側において自由に収縮するのではなく、収縮が過度にならないように或る程度緩和され又は平均化される。よって、比較的薄い部分９１ｇは、僅かに厚くなって、その裏面９１ｉが平坦に維持され又は若干突起し、比較的厚い部分９１ｈは、僅かに薄くなって、その裏面９１ｊが若干陥没する。ただし、裏面９１ｉの突起量と裏面９１ｊの陥没量とは、点線で示すようなフィルム３２がないと仮定した場合に比較して小さなものとなっている。裏面９１ｉの突起量や裏面９１ｊの陥没量は、フィルム３２の剛性又は弾性を調整することで増減調整が可能である。

次に、図３Ｂに示すように、図３Ａに示す上型２０から平板状の樹脂成形品９０を外す。この際、樹脂成形品９０の裏面９０ｂには、フィルム３２が付着したままに保持される。ここで、上型２０に設けた転写部２２の剛性よりも樹脂成形品９０の剛性の方が大きい。このため、上型２０から樹脂成形品９０を分離する場合、弾性を有するシリコーン樹脂製の転写部２２のうち周辺側の一箇所を起点として反対側に向けて離型が徐々に進行し、転写部２２と樹脂成形品９０との間の離型が達成される。なお、上型２０から樹脂成形品９０を離型する際には、例えば１５０℃で３０分間のポストキュアを行って樹脂成形品９０の強度を高めておくことができる。

次に、図３Ｃに示すように、平板状の樹脂成形品９０からフィルム３２を外す。ここで、フィルム３２の剛性よりも樹脂成形品９０の剛性の方が大きい。このため、樹脂成形品９０からフィルム３２を分離する場合、可撓性を有するフィルム３２のうち周辺側の一箇所を起点として反対側に向けて離型又は剥離が徐々に進行し、フィルム３２と樹脂成形品９０との間の離型が達成され、独立した樹脂成形品９０を得ることができる。このようにして完成した樹脂成形品９０の光学的に機能する部分、すなわち機能部分９１には、表側に機能転写面２２ａに対応する機能面９１ａが形成され、裏側に裏側転写面３２ａに対応する平坦面９１ｂが形成されている。また、外周部９２は、機能部分９１を囲むように一様な厚みに形成されている。機能面９１ａは、上型２０のパターン部２２ｄに対応する突起面９１ｃと、平面部２２ｅに対応する平坦面９１ｄとを有する。

以上の説明では、硬化性樹脂ＬＲが光硬化性樹脂であるとしたが、硬化性樹脂ＬＲとして光硬化性樹脂に限らず熱硬化性樹脂を用いることができる。この場合も硬化収縮があるので、フィルム３２によって平坦性を高める効果が生じる。硬化性樹脂ＬＲとして熱硬化性樹脂を用いる場合、上型２０や下型３０といった周辺部分の熱伝導率を上げることで、加熱時の硬化時間を短縮することが可能になる。

樹脂成形品９０の形状について説明する。機能部分９１の最厚部の厚みをｔとしたとき、この厚みｔは、本実施形態では５ｍｍ以下であることを想定しており、特に１ｍｍ以下、さらには２００μｍ以下の場合に、以上で説明した転写型１００を用いる意義が高まる。つまり、厚みｔが５ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下となってくると、硬化性樹脂ＬＲの硬化収縮に空間的な偏りが生じやすく、樹脂成形品９０の裏面９０ｂ又は平坦面９１ｂにヒケが発生しやすくなるので、下型３０にフィルム３２を付加して成形を行うことで、樹脂成形品９０の形状精度を高めやすくなる。また、機能部分９１の最薄部の厚みをｔ０としたとき、取り出し又は離型の効率とハンドリング性、靭性等を考慮して、厚みｔ０は、本実施形態では１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。厚みｔ０は、２０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。さらに、樹脂成形品９０の横幅をＬとしたとき、比Ｌ／ｔの値は、１０より大きいことが好ましく、５０以上であることがさらに好ましく、２００以上であることが特に好ましい。このように、比Ｌ／ｔの値が大きいほど、ヒケが発生しやすく下型３０にフィルム３２を付加して成形を行う方法が効果的となる。

樹脂成形品９０の輪郭形状は、図示の例では、円盤状であるが、矩形その他の多角形であってもよく、円環状であってもよい。樹脂成形品９０が多角形である場合、比Ｌ／ｔを与える樹脂成形品９０の横幅Ｌは、最も長い対角距離とし、樹脂成形品９０が円環又は輪帯状である場合、横幅Ｌは、半径方向の幅とする。

以上の説明では、上型２０の機能転写面２２ａが階段状のパターン部２２ｄを有するとしたが、機能転写面２２ａは、図４Ａに示すようにレンズ面状のパターン部１２２ｄを有するものであってもよい。この場合、樹脂成形品９０は、周期的に２次元に配列されたレンズ９５からなるレンズアレイ９６を含む。

各レンズ９５において、光軸ＡＸ方向に対する面角度αは、少なくとも周辺部において４５°以下となっている。つまり、上型２０の転写部２２に設けた機能転写面２２ａにおいて、パターン部１２２ｄは、離型方向（紙面上下方向）に対して４５°以下の面角度αをなす面を周辺部に有している。面角度αが小さいほど離型性が悪くなり、平坦な本体９０ｓとの間に離型性の差が生まれヒケが発生しやすくなるが、そういったヒケが発生しやすい型構造であっても、可動部としてのフィルム３２によりヒケを抑えた成形が可能になる。

図４Ｂは、図４Ａに示す樹脂成形品９０を組み込んだ光学装置１８０を説明する断面図である。図示の光学装置１８０は、蛍光変換機能を有する光照射板であり、光透過性を有する材料で形成された樹脂成形品９０のほかに、樹脂成形品９０に近接して対向配置された被照射体８１と、被照射体８１を支持する支持体８２と、支持体８２に固定されて樹脂成形品９０を支持するスペーサー８３とを有する。

樹脂成形品９０は、光拡散調整部材として機能し、表面９０ａ側に複数のレンズ９５からなるレンズアレイ９６を有する。樹脂成形品９０は、板状の本体９０ｓ上にレンズアレイ９６を設けたものと見ることもできる。レンズアレイ９６は、入射して来た励起光ＥＬを集光して被照射体８１に入射させる。機能部分９１の厚み、すなわち最厚部の厚みｔは、１ｍｍ以下である。機能部分９１において、比較的厚い箇所の、これに隣接する比較的薄い箇所に対する厚みの比は、１５０％以上となっている。具体的には、最薄部の厚みｔ０に対してのこれに隣接する最厚部の厚みｔの比ｔ／ｔ０は、１５０％以上となっている。樹脂成形品９０において隣り合う構造に厚み差があると、厚い部分では同じ収縮率でも薄い部分に比べ収縮量が大きくなるためヒケが発生しやすく、通常の成形方法ではヒケをなくし成形することは困難であるが、本実施形態の方法では、そのような難形状であっても可動部であるフィルム３２によってヒケなく成形することが可能になる。なお、詳細な説明は省略するが、型締め時に両型２０，３０間に形成される成形用の型空間ＳＰも、樹脂成形品９０と同様の形状となっている。

レンズアレイ９６を構成するレンズ９５の焦点Ｆは、レンズ９５が設けられる面とは反対側の面（つまり、裏面９０ｂ）から距離ｂｆの位置にあり、距離ｂｆは、１ｍｍ以下となっている。距離ｂｆについては、２００μｍ以下とすることが好ましく、５０μｍ以下とすることが特に好ましい。レンズ９５のアスペクト比（レンズ９５の幅ｗに対する厚みｔ１の比ｔ１／ｗ）は０．５以上となっている。このように、アスペクト比ｔ１／ｗを０．５以上とすることで、後述する蛍光の取り出し効率を向上させることができる。アスペクト比ｔ１／ｗについては、１以上とすることが好ましい。レンズ９５の厚みｔ１及びピッチｐは、それぞれ２００μｍ以下とすることが好ましく、１００μｍ以下とすることがより好ましい。なお、図示の例では、隣接する２つのレンズ９５の間隔が幅ｗ程度離れているが、この間隔は、光学装置１８０の仕様に応じて適宜変更でき、例えばゼロとすることもできる。この場合、レンズ９５の配列のピッチｐがその幅ｗと一致することになる。

樹脂成形品９０は、単一の硬化性樹脂で構成されている。上記のような転写型１００を用いて樹脂成形品９０を形成することにより、単一の硬化性樹脂で構成された光拡散調整部材を得ることができ、界面での剥離や界面での光の反射を防ぐことができるので、耐久性と光学特性とが向上する。

樹脂成形品９０は、高い光エネルギーの環境下で使用される光学装置１８０に組み込む場合、シリコーン、フッ素樹脂、ＰＥ等で形成されることが望ましい。樹脂成形品９０の耐光性を高めることができるからである。

被照射体８１は、蛍光体を有し、例えば青色又は紫外の波長域の励起光ＥＬの照射によって緑色又は赤色の波長域の蛍光光ＦＬを形成し、励起光ＥＬに対して逆行するように射出する。樹脂成形品９０は、被照射体８１の表面（つまり蛍光体の発光面）に近接させて配置される。

支持体８２は、表側面８２ａにミラーが形成されており、被照射体８１を通過した励起光ＥＬや被照射体８１から図面下側に射出された蛍光光ＦＬを反射して被照射体８１に戻す。

スペーサー８３は、樹脂成形品９０の被照射体８１に対する姿勢を平行に設定するとともに、両者の間隔を設定し維持する。

被照射体８１から図面上側に射出された蛍光光ＦＬは、樹脂成形品９０のレンズアレイ９６を通過することで、正面方向に偏った配光分布となって不図示の対象を照明する。

以上の光学装置１８０では、被照射体（蛍光体）８１から高角度に発生する成分を樹脂成形品９０によって取り出す必要があるため、必然的にレンズ９５の焦点Ｆは短くならなくてはならないが、焦点Ｆが樹脂成形品９０内部に入ってしまっては取り出し方向が均一にはならないことや、励起光ＥＬが樹脂成形品９０内に集光することで樹脂の劣化が促進されてしまう。上記樹脂成形品９０のように、レンズ９５の焦点Ｆが表面に対向して当該表面から１ｍｍ以内の位置にあると、樹脂成形品９０をその外部にあって厚みが通常１ｍｍ以下の被照射体８１に対して貼り付ける程度に近接させて使用することが容易になり、高精度で蛍光光ＦＬ等を取り出すことができる。

上記樹脂成形品９０は、上述の光学装置１８０のように蛍光体等（被照射体８１）の発光面に貼り付ける程度に近接させて励起光の照射に伴う蛍光光を取り出す光学系への応用に適し、蛍光光等の取り出し効率を上げることが可能になる。

樹脂成形品９０や被照射体８１は、円盤状のものに限らず、環状又は輪帯状とすることができる。この場合、樹脂成形品９０や被照射体８１を対称な中心軸のまわりに回転させつつ、環状の一箇所に励起光ＥＬを照射することで、ここから蛍光光ＦＬを取り出す構造とすることもできる。この場合、被照射体８１上の照明位置を移動させながら蛍光光ＦＬを取り出すことができ、発光効率を高めることが容易になる。樹脂成形品９０の具体的な作製例では、直径５０ｍｍの円盤上の内周４０〜５０ｍｍの帯状部分にレンズアレイ９６を形成し、レンズ９５を千鳥配置で密に配置した。これに限らず、円環の帯の０〜１２０°（又は１２時から８時の方向）の部分にのみレンズアレイ９６を形成することもできる。

図５は、転写型１００や樹脂成形品９０の別の変形例を説明する断面図である。この場合、上型２０の機能転写面２２ａは、截頭錐体に対応する面状のパターン部２２２ｄを有するものとなっている。樹脂成形品９０は、截頭錐体状の突起２９５からなる突起アレイ２９６を備える。

機能転写面２２ａにおいて、パターン部２２２ｄは、離型方向（紙面上下方向又はＺ方向）に対して４５°以下の面角度αをなす面を周辺部に有している。

以上で説明した第１実施形態の成形方法によれば、対向部分３０ｔが裏側転写面３２ａを有し精密転写部分２０ｔに向けて相対的に移動可能であるとともに撓み変形可能であるフィルム（可動部）３２を有するので、硬化性樹脂ＬＲの硬化収縮が比較的大きな場合であっても、フィルム（可動部）３２が樹脂成形品９０の対向部分３０ｔ側の裏面９０ｂを平坦に保つ役割を果たし、樹脂成形品９０が平板状であっても、ヒケがなく高い平面度を有する製品を安価で提供することができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の成形方法等について説明する。なお、第２実施形態の成形方法は、第１実施形態の成形方法を変形したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様である。

図６に示すように、下型３０において、基板３１とフィルム（可動部）３２との間には、シート状の弾性体３４が配置されている。弾性体３４は、基板３１とフィルム３２とを接続してフィルム３２の変形や上昇を抑制する。弾性体３４は、０．０５〜５ｍｍ程度の厚みを有する。また、弾性体３４のデュロメータ硬度は、１０〜１００程度である。弾性体３４を設けることで、フィルム（可動部）３２の傾きや変形を抑えることができ、樹脂成形品９０の特に裏面９０ｂに関して、平坦度、平面度、傾きのバラツキを抑えることができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の成形方法等について説明する。なお、第３実施形態の成形方法は、第１実施形態の成形方法を変形したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様である。

図７に示すように、下型３０において、フィルム（可動部）３２の表面である裏側転写面３２ａには、略全体に亘って微細構造３２ｆが形成されている。この微細構造３２ｆは、微細な凹凸をランダムに形成したものであり、微細な凹凸は、可視光波長以下のサイズとなっている。裏側転写面３２ａに微細構造を設けることで、成形と同時に樹脂成形品３９０の裏面９０ｂに微細構造３２ｆに対応する微細な凹凸９７を付与することが可能になり、製造のタクトが短縮される。ここで、微細な凹凸９７は、反射防止構造である。この場合、通常反射防止処理が困難な硬化性樹脂ＬＲ（例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂等）にも反射防止処理が可能になり、特に光硬化樹脂の場合は、硬化に際しての回折や反射による硬化のムラを抑えることが可能になる。また、樹脂成形品３９０に微細な凹凸（反射防止構造）９７を設けることにより、透過率が上がり光の取り出し効率を向上させることができる。

なお、図４Ｂにおいて、光学装置１８０に組み込まれた樹脂成形品９０を図７に示す第３実施形態の樹脂成形品３９０又はこれを改変したものに置き換えることができる。この場合、樹脂成形品３９０の裏面９０ｂでの無駄な反射が減って光利用効率を高めることができる。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の成形方法等について説明する。なお、第４実施形態の成形方法は、第１実施形態の成形方法を変形したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様である。

図８に示すように、転写部２２の周辺部２８の表面、つまり機能転写面２２ａの外側の周辺転写面２２ｕ上に、光硬化型の硬化性樹脂ＬＲの硬化波長の光を遮光又は減光する遮光パターン膜（又は遮光パターン）５１が設けられている。型空間ＳＰに充填された光硬化性樹脂ＬＲに対して遮光パターン膜５１側から光照射を行い、光硬化性樹脂ＬＲを硬化させる。遮光パターン膜５１は、硬化光が周辺転写面２２ｕと、これに対向する下型３０側の転写面３０ａの周辺のとの間に導入された硬化性樹脂ＬＲに対して、上型２０の外側からの硬化光が入射することを抑制する。つまり、遮光パターン膜５１の影に一部未硬化の部分を作ることができ、精密転写部分２０ｔに対応する製品部分の収縮の際に隣接する周辺転写面２２ｕに対向する部分から樹脂が供給され、ヒケの発生を抑えることが可能になる。なお、一部未硬化の部分も、硬化光を或る程度以上照射することで硬化させることができ、仕上げに下型３０の外側からの硬化光を入射させることもできる。なお、遮光パターン膜５１を精密転写部分２０ｔ側ではなく、対向部分３０ｔ側に隣接する部分に設けてもよい。この場合、下型３０側から光照射を行い、光硬化性樹脂ＬＲを硬化させる。

〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の成形方法等について説明する。なお、第５実施形態の成形方法は、第１実施形態の成形方法を変形したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様である。

図９に示すように、フィルム３２の裏側転写面３２ａに光硬化型の硬化性樹脂ＬＲの硬化波長の光を反射する反射パターン膜（又は反射パターン）３６が設けられている。型空間ＳＰに充填された光硬化性樹脂ＬＲに対して反射パターン膜３６の反対側から光照射を行い、光硬化性樹脂ＬＲを硬化させる。反射パターン膜３６は、精密転写部分２０ｔ側から入射して硬化性樹脂ＬＲを通過して反射パターン膜３６に到達した硬化光を反射する。つまり、反射パターン膜３６で反射される硬化光は硬化性樹脂ＬＲを往復し、精密転写部分２０ｔに対応する部分が先に硬化するが、隣接する部分から樹脂が供給され、ヒケの発生を抑えることが可能になる。反射パターン膜３６については、パターン部２２ｄに対応する部分にのみ設けることもできる。なお、下型３０の表面３１ａを反射パターン又はミラーとすれば、上型２０の上方から照射した硬化光を硬化性樹脂ＬＲ内で往復させることができる。また、反射パターン膜３６を対向部分３０ｔ側ではなく、精密転写部分２０ｔ側に設けてもよい。この場合、下型３０側から光照射を行い、光硬化性樹脂ＬＲを硬化させる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明に係る成形方法及び樹脂成形品は上記の実施形態には限られない。樹脂成形品９０を光学装置１８０に組み込む場合を説明したが、樹脂成形品９０は、光学部品に限らず、様々な用途の部品として用いることができる。例えば、樹脂成形品９０がバイオチップである場合、機能転写面２２ａは流路、液溜まり等の機能性構造を形成するための面となる。

フィルム（可動部）３２は、比較的厚く可撓性を有しない板状の部材に置き換えることができる。

スペーサー４０は、上型２０に固定することもできる。また、スペーサー４０についてはこれを省略し、駆動機構等によって型２０，３０の間隔調整を行うこともできる。

樹脂成形品３９０の表面９０ａにも微細な凹凸９７を設けて反射率を低下させることができる。

フィルム（可動部）３２の表面に形成する微細構造３２ｆは、反射防止構造に対応するものに限らない。すなわち、フィルム３２の微細構造３２ｆによって樹脂成形品３９０に形成される形状は、回折格子のような波長レベルの矩形構造とすることができる。

Claims (17)

1. 精密転写部分と前記精密転写部分に対向する対向部分とを有し、前記対向部分が転写面を有し前記精密転写部分に向けて相対的に移動可能である可動部を有する転写型の、前記精密転写部分と前記対向部分とに挟まれた型空間に、光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれか一方の硬化性樹脂を満たし、
   前記型空間の少なくとも一部が開放された状態で前記硬化性樹脂を硬化する樹脂成形品の成形方法。
2. 前記対向部分は、前記可動部として可撓性を有するフィルムを有する、請求項１に記載の樹脂成形品の成形方法。
3. 前記対向部分は、前記可動部と、当該可動部に対向して成形品の反対側に配置される支持体と、前記可動部及び前記支持体の間に配置されて前記可動部及び前記支持体を接続する弾性体とを有する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
4. 前記転写型は、前記精密転写部分と前記対向部分との間隔を設定するスペーサーをさらに備え、前記スペーサーは、前記対向部分において前記可動部を成形品の反対側から支持可能な支持体に固定されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
5. 前記精密転写部分と前記対向部分との間の型空間は、最も薄い部分の厚みを基準として、最も厚い部分の厚みが１５０％以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
6. 前記精密転写部分の転写面が離型方向に対して４５°以下の面角度をなす部分を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
7. 前記対向部分の前記転写面は、微細構造を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
8. 前記微細構造は、反射防止構造である、請求項７に記載の樹脂成形品の成形方法。
9. 前記可動部は、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、及びポリプロピレンのいずれかで形成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
10. 前記精密転写部分と前記対向部分との少なくとも一方に隣接する部分に前記光硬化性樹脂の硬化波長の光を遮光する遮光パターンが設けられており、前記型空間に充填された前記光硬化性樹脂に対して前記遮光パターン側から光照射を行い前記光硬化性樹脂を硬化させる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
11. 前記精密転写部分と前記対向部分との少なくとも一方に前記光硬化性樹脂の硬化波長の光を反射する反射パターンが設けられており、前記型空間に充填された前記光硬化性樹脂に対して前記反射パターンの反対側から光照射を行い前記光硬化性樹脂を硬化させる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
12. 前記対向部分は、前記可動部と当該可動部を支持する支持体とを有し、前記支持体は、金属及びガラスのいずれか一方で形成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
13. 前記硬化性樹脂は、硬化収縮率が２％以上のものである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の樹脂成形品の成形方法。
14. 光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれか一方である単一の硬化性樹脂で構成され、厚みが１ｍｍ以下で光透過性を有する平板状の樹脂成形品であって、
    少なくとも一面に複数個のレンズが成形されたレンズアレイを有し、
    前記レンズの焦点が前記レンズが設けられる面とは反対側の面から１ｍｍ以内の位置にある樹脂成形品。
15. 少なくとも一方の表面に反射防止構造を有している、請求項１４に記載の樹脂成形品。
16. 前記硬化性樹脂は、シリコーン系樹脂又はフッ素系樹脂である、請求項１４及び１５のいずれか一項に記載の樹脂成形品。
17. 前記レンズのアスペクト比が０．５以上である、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の樹脂成形品。

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