JP2003527263A - 複製のための方法、複製物品および複製ツール - Google Patents

複製のための方法、複製物品および複製ツール

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JP2003527263A JP2001567815A JP2001567815A JP2003527263A JP 2003527263 A JP2003527263 A JP 2003527263A JP 2001567815 A JP2001567815 A JP 2001567815A JP 2001567815 A JP2001567815 A JP 2001567815A JP 2003527263 A JP2003527263 A JP 2003527263A
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Abstract

(57)【要約】 結晶化蒸着材料の表面モルホロジーを有する構造表面を含むツールを提供する工程と、複製物品を形成するためにこのツールの構造表面を複製する工程とを含む構造表面を複製する方法。複製物品は、結晶化蒸着材料の複製を含む少なくとも一つの複製表面を含む。複製ツールは、ツーリング表面を含むツール本体と、ツーリング表面上の構造表面であって結晶化蒸着材料または結晶化蒸着材料の複製を含む構造表面とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 複製ツーリングは幾つかの異なる技術によって製造されてきた。これらの技術
には、例えば、機械加工またはリトグラフ加工が挙げられる。機械加工は、スタ
イラスによる切削または基板へのミクロドリル加工によって実行される。かかる
機械加工を実行する器具は手動で制御されるか、機械的に制御されるか、あるい
は電気的に制御される。これらの器具は、器具の品質に応じて光学グレード精度
を有する表面を製造することが可能である。かかる器具の例には、ダイヤモンド
針およびミクロドリルが挙げられる。
【０００２】 構造ツーリング製造のためのもう一つの方法は、比較的軟らかい媒体に押し込
まれるピンまたはロッドなどの鋭利構造または造形構造の使用に関係がある。例
えば、複製成形または複製ツーリングの製造に対する従来の多工程アプローチに
は、それらの構造を比較的軟らかい媒体に押し込むことによる一次雌型の調製が
関係している。中間雄マスター型が一次雌型から製造され、次に、互いに接合さ
れて大きな雄型を形成する。その後、大きな雌型が大きな雄型から製造され、大
きな雄型が、その後、複製物品を製造するために用いられる。
【０００３】 機械的方法は、多くの種類の構造発生にとって効果的であるとともに経済的で
ある。しかし、機械的方法は、非常に小さい構造の発生にとっては高価であると
ともに時間がかかりうる。
【０００４】 レーザーは、型または複製ツーリングを含む幾つかの最終物品を機械加工する
ために用いられてきた。その他の方法には、ＵＶリトグラフ法、Ｘ線リトグラフ
法および電子線リトグラフ法が挙げられる。通常、これらの方法は、解像度が高
い小さい構造を製造することが必要な時には高価である。これらの方法の幾つか
には、小さいサンプルサイズしか製造できないという限界がある。
【０００５】 幾つかの複製用途は光学品質表面を必要とし、それは高価な製造器具の使用を
必要にする。しかし、精密に製造された物品表面を必要としないために光学品質
ツーリングを必要としない用途の数がますます増えている。
【０００６】 発明の概要 本発明は構造表面を複製する方法を提供する。一実施形態において、方法は、
結晶化蒸着材料の表面モルホロジーを有する構造表面を含むツールを提供する工
程と、複製物品を形成するために前記ツールの構造表面を複製する工程とを含む
。本明細書において用いられる「複製物品」は、さらに複製される必要はないけ
れども必要ならば複製物品がさらに複製するためのツールになりうるように、好
ましくは実質的に元のままであるツールから分離可能である。
【０００７】 一実施形態において、ツールの構造表面は結晶化蒸着材料自体を含むのに対し
て、別の実施形態において、ツールの構造表面は結晶化蒸着材料の複製を含む。
もう一つの実施形態において、ツールは結晶化蒸着材料から本質的になるのに対
して、別の実施形態において、ツールは、結晶化蒸着材料または結晶化蒸着材料
の複製が上に配置されている基板を含む。
【０００８】 なおもう一つの実施形態において、ツールを提供する工程は、表面を含む基板
を提供する工程と、前記基板上に結晶化蒸着材料を有する構造表面を含むツール
を形成するために蒸着技術を用いて前記基板の表面上に材料を蒸着する工程とを
含む。蒸着技術は、例えば、化学蒸着技術または物理蒸着技術であることが可能
である。但し、化学蒸着技術が好ましい。基板は、シート材料をなどの平面基板
または例えば円筒状基板を含む多様な基板のどれであることも可能である。基板
の表面は、他のミクロ構造またはマクロ構造を含む非平面であってもよい。
【０００９】 なおもう一つの実施形態において、ツールを提供する工程は、表面を含む基板
を提供する工程と、結晶化蒸着材料を形成するために蒸着技術を用いて前記基板
の表面上に材料を蒸着する工程と、前記ツールを形成するために前記基板表面か
ら結晶化蒸着材料を分離する工程と含む。好ましくは、蒸着技術は化学蒸着技術
である。
【００１０】 本明細書において用いられる「結晶化蒸着材料の表面モルホロジー」という言
葉は、それによってマスターツールを形成するか、あるいは、例えばマスターツ
ールからもう一つの表面を複製する結果として、構造の形状およびサイズが結晶
化プロセスから直接生じる（すなわち、構造の形状およびサイズが蒸着材料の結
晶化から形成される）ことを意味する。このモルホロジーは、一般に、ために広
い範囲にわたって異なるサイズを有するランダムに配置された構造を含む好まし
くは実質的に連続分布を有するナノ構造（例えば、ナノスケールでの構造）とミ
クロ構造（例えば、ミクロスケールでの構造）の両方を含む。一般に、サイズの
範囲は、蒸着方法および蒸着の条件（例えば、蒸着の速度および時間）に応じて
決まる。好ましくは、構造表面は、少なくとも約１０ナノメートル（ｎｍ）の平
均サイズ（すなわち、円形基準（ｂａｓｅ）の直径などの構造の基準の最長寸法
の平均）および少なくとも約１０ｎｍの二つの隣接構造間の平均空間距離を有す
るランダムに配置された構造を含む。好ましくは、構造表面は、約５０，０００
ｎｍ以下の平均サイズおよび約５０，０００ｎｍ以下の二つの隣接構造間の平均
空間距離を有するランダムに配置された構造を含む。ツールは、蒸着の前にマク
ロ構造（またはミクロ構造）を有する基板を用いて製造することが可能である。
得られたツールは、構造の上に構造（例えば、マクロ構造の上にミクロ構造）を
有する。
【００１１】 ツールは、多様な技術を用いて複製することが可能である。これらには、例え
ば、ツールの構造表面上に硬化性組成物をキャストし、前記ツールの構造表面上
で前記組成物を少なくとも部分的に硬化させること、ツールの構造表面で物品を
エンボスすること、ツールの構造表面上にポリマー材料を射出成形すること、ツ
ールの構造表面上に材料を押出し、前記ツール上で材料を固化させること、ツー
ルの構造表面上に材料を電鋳すること、あるいはツールの構造表面上に第２の材
料を蒸着することが挙げられる。
【００１２】 上述したように、必要ならば複製物品をさらに複製するためのツールとして用
いることが可能である。複製物品は、ツールの表面の雌である表面を有すること
が可能であるか、あるいはツールの表面の雌である一方の表面およびツールの表
面の雄であるもう一方の表面を有することが可能である。表面の雄複製または雌
複製は、さらに複製されうる複製物品の表面として用いることが可能である。複
製物品は、任意に、さらに複製するためのツールとして複製物品を用いる前に物
理的に変形させることが可能である。複製物品は、さらに複製するためのツール
として用いる前に、例えば、フルオロケミカルのようなもので処理することも可
能である。
【００１３】 構造表面を複製する好ましい方法において、この方法は、基板を提供する工程
と、化学蒸着材料の結晶化から形成された構造表面を有するマスターツールを形
成するために金属を含む材料を基板上に化学蒸着させる工程と、複製物品を形成
するために前記マスターツールの構造表面を複製する工程と、前記マスターツー
ルと前記複製物品とを分離する工程とを含む。構造表面を複製するもう一つの好
ましい方法において、この方法は、基板を提供する工程と、化学蒸着材料の結晶
化から形成された構造表面を有するマスターツールを形成するためにニッケルを
含む材料を基板上に化学蒸着させる工程と、複製物品を形成するために前記マス
ターツールの構造表面を複製する工程と、前記マスターツールと前記複製物品と
を分離する工程とを含む。
【００１４】 本発明の方法は、流体（例えば、気体、あるいは水または油などの極性液また
は非極性液）に対する表面の影響を変えるために用いることができる。従って、
本発明は、流体に対する表面の影響を変える方法を提供する。この方法は、流体
に対する物品の複製表面の影響を変える方法であって、結晶化蒸着材料の表面モ
ルホロジーを有する構造表面を含むツールを提供する工程と、表面を有する物品
を提供する工程と、複製物品を形成するために前記物品の表面に前記ツールの構
造表面を複製する工程と、前記ツールと前記複製物品とを分離する工程とを含む
。一つの好ましい実施形態において、この方法は、複製物品の疎水表面の疎水性
を高める方法であって、結晶化蒸着材料の表面モルホロジーを有する構造表面を
含むツールを提供する工程と、疎水表面を有する物品を提供する工程と、複製物
品を形成するために前記疎水表面に前記ツールの構造表面を複製する工程と、前
記ツールと前記複製物品とを分離する工程とを含む。もう一つの好ましい実施形
態において、その方法は、複製物品の親水表面の親水性を高める方法であって、
結晶化蒸着材料の表面モルホロジーを有する構造表面を含むツールを提供する工
程と、親水表面を有する物品を提供する工程と、複製物品を形成するために前記
親水表面に前記ツールの構造表面を複製する工程と、前記ツールと前記複製物品
とを分離する工程とを含む。
【００１５】 本発明は、結晶化蒸着材料の複製を含む少なくとも一つの複製表面を含む複製
物品も提供する。複製物品は、フィルムなどのシート材料の形を取ることが可能
である。好ましくは、複製表面は、結晶化化学蒸着材料または結晶化物理蒸着材
料の複製を含む。
【００１６】 本発明は、ツーリング表面を含むツール本体と、ツーリング表面上の構造表面
であって結晶化蒸着材料または結晶化蒸着材料の複製を含む構造表面とを含む複
製ツールも提供する。ツーリング表面は平面または非平面であることが可能であ
る。ツール本体は、連続複製プロセスにおいて用いるために好ましい円筒体など
の多様な形状であることが可能である。結晶化蒸着材料は、物理蒸着材料または
化学蒸着材料であることが可能である。ツール本体は、基板上に配置できるけれ
ども、好ましくは、結晶化蒸着材料から本質的になる。
【００１７】 好ましい実施形態において、複製ツールは、ツーリング表面を有する円筒体を
含むツール本体と、前記ツーリング表面上の構造表面であって結晶化化学蒸着材
料または結晶化化学蒸着材料の複製を含む構造表面とを含む。
【００１８】 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は、構造表面を複製する方法、複製物品および複製ツールを提供する。
一般に、本発明によると、結晶化蒸着材料の表面モルホロジーを有する構造表面
を含むツールが提供される。ツールの構造表面は、複製物品を形成するために複
製され、複製物品は好ましくはツールから分離される。
【００１９】 化学蒸着および物理蒸着などの蒸着技術は独特の構造を有する表面を提供する
。これらの構造表面は、一般に、蒸着材料の結晶化から形成されランダムに配置
された構造を有する。形成される表面モルホロジーは、一般に、多数の形状とサ
イズのランダムに配置された構造を含む。幾何形状は、形状的に円錐形から管状
、環状、角状にまで及び、それらの形状は様々な方向に向いてもよい。サイズは
、好ましくは実質的に連続のサイズ分布を有して広範にわたって異なる。さらに
、幾何構造の密度は異なることが可能である。一般に、構造の面密度は、構造サ
イズと逆比例して変わる。
【００２０】 一般に、サイズの範囲は、蒸着方法および蒸着の条件（例えば、蒸着の速度お
よび時間）に応じて決まる。好ましくは、構造表面は、少なくとも約１０ｎｍの
平均サイズ（すなわち、円形基準）の直径などの構造の基準の最長寸法の平均）
および少なくとも約１０ｎｍの二つの隣接構造間の平均空間距離を有するランダ
ムに配置された構造を含む。好ましくは、構造表面は、約５０，０００ｎｍ以下
の平均サイズおよび約５０，０００ｎｍ以下の二つの隣接構造間の平均空間距離
を有するランダムに配置された構造を含む。
【００２１】 蒸着した材料の厚さも、蒸着の条件に応じて異なることが可能である。一般に
、厚さは約０．１ミクロン（マイクロメートル）〜数百マイクロメートルの範囲
である。一般に、化学蒸着は、物理蒸着よりも割れを形成しうる応力が小さい厚
いフィルムを提供する。
【００２２】 ニッケルの化学蒸着から形成された表面構造の例を図１および２に示している
。図１は、ランダムに配置された構造が実質的に連続のサイズ分布（例えば、約
２０マイクロメートル、１０マイクロメートル、５マイクロメートル、２マイク
ロメートルおよび１マイクロメートル）を有することを示している。図２におい
て、（構造上に構造の配列を形成する）より大きな構造に重なるより小さい構造
が存在することがさらに示されている。より小さい構造は５０ナノメートル（ｎ
ｍ）より小さいサイズを有する。構造は、クリアなファセットを有する錐体形状
を示している。図３および４に示しているように、表面モルホロジーは多少の特
徴（すなわち、スケールまたは倍率の関数として反復する物理的特徴）を有する
。図３は、ニッケル化学蒸着プロセスから形成された表面構造の一部である。図
４は同じ構造のより小さい部分であり、図３に示された表面構造の一部分である
。
【００２３】 表面構造は、多様な蒸着技術、特に化学蒸着（ＣＶＤ）および物理蒸着（ＰＶ
Ｄ）によって形成することが可能である。マスターツーリングを形成する好まし
い方法は化学蒸着が関係する。ＣＶＤは、気相化学解離または化学反応が起きる
環境の中で安定な固体反応生成物が基板上に核を成し成長するプロセスであるの
に対して、ＰＶＤは、化学解離も他の化学反応も起こらない類似プロセスである
。ＣＶＤは、反応を可能にするために熱、プラズマ、紫外線などを含む多様なエ
ネルギー源を用い、そして広範な圧力および温度にわたって動作する。ＣＶＤお
よびＰＶＤは、多様な用途向けのフィルム、特に金属フィルムを製造する方法と
して近年急速に発達してきた技術である。例えば、ＣＶＤコーティングおよびＰ
ＶＤコーティングは、耐酸化性、耐腐食性、耐摩耗性および反射性を付与するた
め、ならびに電極、電子接点および他の構造を形成するために用いられている。
ＣＶＤコーティングまたはＰＶＤコーティングを複製プロセスにおいて表面構造
の発生のために使用できることを今まで誰も認めてこなかった。
【００２４】 蒸着される材料には、金属、メタロイドまたは非金属を挙げることができる。
材料には、実質的に純粋な金属、メタロイドまたは非金属、それらの合金、それ
らの化合物、あるいはその中にドーパント（例えば、合金も化合物も一般に形成
されないような少量の他の金属、非金属またはメタロイド）を有するかかる材料
のいかなるものも挙げることができる。好ましい実施形態において、蒸着される
材料には、実質的に純粋な金属などの金属、金属ホウ化物、金属窒化物、金属カ
ーバイド、金属ケイ化物、金属酸化物またはそれらの組み合わせなどの金属含有
化合物が挙げられる。化学蒸着の場合、金属は、好ましくは、タングステン、ア
ルミニウム、銅、ニッケル、チタン、銀、金、白金、パラジウム、ジルコニウム
、ハフニウム、バナジウム、ニオビウム、タンタル、クロム、モリブデン、マン
ガン、テクネチウム、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジ
ウム、イリジウム、亜鉛、カドミウム、錫、鉛およびそれらの組み合わせからな
る群から選択される。より好ましくは、化学蒸着の場合、金属は、ニッケル、銅
、アルミニウム、タングステン、コバルト、鉄、マンガン、チタンおよびそれら
の組み合わせからなる群から選択され、最も好ましくは、金属はニッケルである
。物理蒸着の場合、金属は、好ましくは、アルミニウム、アンチモン、バリウム
、ベリリウム、カドミウム、カルシウム、クロム、コバルト、銅、ゲルマニウム
、金、ハフニウム、インジウム、イリジウム、鉄、鉛、マグネシウム、マンガン
、モリブデン、ニッケル、ニオブ、オスミウム、パラジウム、白金、レニウム、
ルテニウム、ロジウム、銀、タンタル、テクネチウム、錫、チタン、タングステ
ン、ウラン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウムおよびそれらの組み合わせからな
る群から選択される。
【００２５】 構造は、好ましくは実質的なガス排気なしで蒸着条件に耐えることができ、よ
ってマスターツールを形成する金属、ポリマーおよび他の材料を含む多様な材料
上での蒸着を介して形成することができる。さらに、適するマスターツール基板
は、好ましくは耐久性であり、そして良好な剥離能力を有する。かかるマスター
ツールまたはツーリング物品を多様な複製プロセスで用いることができる。好ま
しくは、マスターツール基板は、例えば、広範な温度および圧力、有機溶媒およ
び他の化学薬品への暴露、高分子溶融物への暴露および放射線への暴露を含みう
る所望の複製プロセスの条件に耐えうる適する材料から製造される。マスターツ
ールを形成するために好ましい基板には、熱可塑性材料およびゴム弾性材料、な
らびに木材、セラミック、ガラスおよび金属材料が挙げられる。特に好ましい基
板は、スチール、アルミニウム、銅、鉛およびニッケルなどの金属基板である。
【００２６】 マスターツール基板は、複製マスターツールの所望の用途に応じて様々な形状
およびサイズであることが可能である。例えば、基板は、実質的に平面のプレー
ト材料またはシート材料（例えば、フィルム）の形をとってもよく、非平面（例
えば、波状および前もって溝を付けた表面を含む）であってもよく、ドラムまた
は円筒体の形をとってもよく、あるいはドラムまたは円筒体に巻き付けられたシ
ート材料であってもよい。好ましくは、複製マスターツールは、複製マスター型
として用いる前に継ぎ合わせる必要がない一体単一の材料片である。複製マスタ
ーツールは、単層状基板または層中に一材料または材料の組み合わせを含む多層
状基板も含んでもよい。複製マスターツールは、好ましくは、ドラムまたは円筒
体におけるような実質的に連続の表面である。マスターツール基板の表面は、蒸
着の前に、ミクロ機構と裸眼で容易に見分けがつくより大きいマクロ機構の両方
によって機械加工してもよい。従って、蒸着プロセスは一般にミクロ構造を形成
するのみであるけれども、マスターツールは、ミクロ構造（例えば、形状を決定
するためにいかなる観察平面から見た時でも走査電子顕微鏡などの光学的補助を
必要とするほどに小さい少なくとも二つの寸法を有する機構とマクロ構造（例え
ば、形状を決定するために光学的補助を必要としない十分に大きい少なくとも二
つの寸法を有する機能）の両方を有することが可能である。マクロ構造は、一般
にミリメートルスケール以上であるのに対して、ミクロ構造は、一般にマイクロ
メートル（またはより小さい）スケールである。
【００２７】 構造をかかる基板上で形成できるけれども、ツールは、初期に構造をその上に
形成する基板を含む必要はない。すなわち、蒸着した材料は基板から除去するこ
とができ、もう一つの基板上に置いてツールを形成することが可能である。特定
の状況において、蒸着した材料、特に化学蒸着した材料を基板なしでツールとし
て用いることができる。後の実施形態において、ツールは蒸着した材料から本質
的になる。
【００２８】 マスターツールの複製をツールとして用いることもできる。複製を形成する材
料は自立であることが可能であり、基板なしで用いることが可能であるか、ある
いは基板上に配置することが可能である。かかる複製ツール用の基板は、初期ツ
ールまたはマスターツールの形成に際して用いられたのと同じタイプの基板であ
ることが可能である。
【００２９】 本発明の複製ツール（例えば、マスターツールまたはツール自体として使用さ
れうるその複製）は、所定の面積当たり多数の詳細幾何構造または造形幾何構造
を有する高機能密度物品を速い速度で製造するのに特に有利である。本方法は大
規模生産のために一般に経済的で実際的である。また、表面構造は、複製物品を
形成するために多様な材料上に発生させることが可能である。さらに、ツーリン
グの多くの発生は、表面構造の恩恵（すなわち、元のパターンの完全性）を犠牲
にすることなく、異なる材料を交互に並べて用いることができる。
【００３０】 複製物品は、さらに複製される必要はないけれども必要ならば複製物品がさら
に複製するためのツールになりうるように、好ましくは実質的に元のままである
ツールから好ましくは分離可能である。複製物品は好ましくは実質的に元のまま
除去できるけれども、複製物品がツールの厳密な複製ではないように、除去する
と複製物品の多少の変形があってもよい。例えば、変形は、複製を形成する材料
の不完全硬化の結果としてのポリマー材料の伸びまたはへたりの結果として発生
しうる。複製物品は、マスターツールに関して上述したような多様な基板上に置
く（例えば、基板に結合させる）ことができる。
【００３１】 複製しようとする物品の表面は、選択された材料に応じて疎水性または親水性
、疎油性または親油性であることが可能である。複製すると、これらの特性を高
めるか、あるいは低下させることが可能である。すなわち、表面と流体（例えば
、気体、あるいは水または油などの極性液または非極性液）との相互作用は、本
明細書に記載された複製ツールを用いて表面を複製すると影響を受けうる。例え
ば、疎水表面は、高まった疎水性を有することが可能であり、親水表面は複製す
ると高まった親水性を有することが可能である。好ましくは、表面の接触角（例
えば、後退接触角および／または前進接触角）を少なくとも約２５％、より好ま
しくは少なくとも約４５％変えることが可能である。本明細書において記載され
た実施例において、適する材料が選択されている時、複製が非常に高い接触角ま
たは非常に低い接触角のいずれかを有することが分かる。表面の幾何形状が固体
表面上の液滴の巨視的外観にいかに影響を及ぼしうるかが報告されている（Ｃａ
ｓｓｉｅ，Ｄｉｓｃ．Ｆａｒａｄａｙ Ｓｏｃ．，３，１１（１９４８）、Ｗｅ
ｎｚｅｌ，Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．，２８，９８８（１９３６）およびＮｅ
ｕｍａｎｎ，Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ．，５３，２3
５，（１９７５））。フラクタル的特徴が表面の疎水性または親水性を大いに高
めうることも公表されている（Ａｄａｍｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａ
ｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅｓ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆
Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９７、Ｏｎｄａ ｅｔ ａｌ．，
Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１２，２１２５，（１９９６））。本発明は、かかる表面あ
るいは表面特性の変化を発生させる独特の方法を提供する。
【００３２】 本発明により発生する構造の一つの独特の特徴は、雄構造と雌構造の両方が実
質的に同じ特性を有し、その両方を後続の複製プロセスで用いてもよいことであ
る。「雄」構造は、結晶のファセットが表面から突出している構造であって、化
学蒸着から得られる構造である（あるいは後で複製されたもの）。「雌」構造は
、ファセットが表面で窪んでいるように雄構造から複製することにより得られる
構造である。実施例４〜６において、雄構造と雌構造の両方が疎水性を高める実
質的に同じ機能を有することが示されている。
【００３３】 複製プロセスには、キャスティング、エンボス、押出、射出成形、電鋳または
別のメッキ、蒸着などを含む多様なプロセスを挙げることができる。キャスティ
ングは、一般に、構造表面上に硬化性組成物をキャストし（例えば、孔に流体を
注ぐ）、それを少なくとも部分的に硬化させることにより物品を形成することに
関係する。エンボス（例えば、圧縮成形）は、一般に、一方が他方の雌になる似
たパターンのダイでブランク上にデザインを隆起させることに関係する。押出は
、一般に、ツールの構造表面上に材料（一般に液体または他の易流動性材料）を
押出し、ツール上で材料を固化させることにより物品を形成することに関係する
。高分子材料の射出成形は、一般に、型に液体または他の易流動性材料を押し込
み、それを固化させることにより物品を形成することに関係する。ツールの構造
表面上に材料を電鋳するか、あるいは別のメッキは、一般に、電気化学的手段に
よって金属の層を被覆することに関係する。蒸着を用いる場合、複製物品の一方
の主表面はツールの構造表面の厳密な雌を形成するのに対して、他方の主表面は
、ランダムに配置された構造の異なる配列を有することが可能である。
【００３４】 一例において、例えば、複製ツールの構造表面の複製を作るために押出成形ま
たはキャスティング成形によって複製ツールの第１の表面に成形可能材料を被着
させる。好ましい実施形態において、マスターツールへの成形可能材料の粘着力
は、マスターツールから複製を除去する時点での凝集力より小さい。特定の例に
おいて、米国特許第５，０７７，８７０号（Ｍｅｌｂｙｅら）においてより詳し
く論じられているように、熱可塑性樹脂などの成形可能材料のフィードストリー
ムを押出機にフィードし、押出機から加熱樹脂溶融物を回転円筒状複製型にダイ
を通してフィードする。あるいは、成形可能材料溶融物を平面基板に被着させて
もよい。成形可能材料は、一般に、型キャビティに流れ込み、ツーリング型に押
し込まれ、成形可能材料を冷却および／または硬化させることにより固化する。
成形可能材料は、所望の複製物品のために適する厚さになるまでマスターツール
基板の表面に塗布される。成形可能材料は、均一な厚さでまたは例えば、リブも
しくは他の構造をもたせるために異なる厚さと構成で塗布してもよい。あるいは
、複製物品は圧縮成形によって製造してもよい。
【００３５】 この特定の方法または例えばキャスティングおよび／または放射線硬化を含む
方法などの他の方法を用いて、実質的にいかなる成形可能材料も複製物品を製造
するために使用してもよい。好ましい成形可能材料には、ポリオレフィン（例え
ば、ポリプロピレンおよびポリエチレン）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル（Ｐ
ＶＣ）、ポリエステル、ポリアミド（例えば、ナイロン）ならびにそれらのブレ
ンドおよびコポリマーなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。可塑剤、充填剤、顔料
、染料、酸化防止剤および剥離剤などの添加剤も成形可能材料または複製プロセ
スにおいて用いられる他の材料に組み込んでもよい。
【００３６】 好ましくは、複製物品は、幾何構造の完全性を維持するために成形可能材料が
固化した後に複製ツールから除去される。キャビティに似た幾何構造またはキャ
ビティの鏡像および複製ツールにおける幾何構造は、複製物品の表面から突出す
る。あるいは、複製物品は、他の所望の形状および特性をもたらすために成形可
能材料の完全固化前に複製ツールから除去してもよい。必要ならば、複製物品に
おける幾何構造は、ベントオーバーフック、マッシュルームタイプキャップまた
は他の形状などの様々な構成を達成するために後加工工程に供してもよい。さら
に、複製物品の表面は、表面特性を調節するために化学的および／または物理的
に処理することが可能である。例えば、複製物品の表面は、必要ならば後続の複
製の前にフルオロカーボンで処理することが可能である。
【００３７】 複製ツールから複製された物品を多様な用途で用いてもよい。例えば、複製物
品は、非湿潤性表面、液体移送表面、防氷表面、エアゾール送出器具、防汚染表
面などとして用いてもよい。
【００３８】 本発明の目的および利点を以下の実施例によってさらに説明するが、これらの
実施例に挙げられた特定の材料およびそれらの材料の量、ならびに他の条件およ
び詳細は本発明を不当に限定すると解釈されるべきではない。
【００３９】 実施例 実施例１ ニッケル化学蒸着 Ｍｏｎｄプロセス（Ｌ．Ｍｏｎｄ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．５７，７４９，（
１８９０）およびＨ．Ｅ．Ｃａｒｌｔｏｎ ａｎｄ Ｊ．Ｈ．Ｏｘｌｅｙ，Ａ．
Ｉ．Ｃｈ．Ｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ，１３，８６，（１９６７））によるＮｉ（ＣＯ
）4の分解によって、ニッケル化学蒸着を行った。合理的な蒸着速度をもたせる
ために、温度を２９０°Ｆ（１４３℃）〜３９５°Ｆ（２０２℃）の範囲で制御
した。ニッケルカルボニルおよび希釈剤の濃度を流速によって制御した。希釈剤
である一酸化炭素対Ｎｉ（ＣＯ）4の比は２００：１〜１：１の範囲内であった
。２２インチ×１１インチ×０．０５６インチ（５６ｃｍ×２８ｃｍ×０．１４
ｃｍ）のマザーツールマンドレルをニッケルで製造した。その後、蒸着したニッ
ケルをマンドレルから分離した。分離したニッケルは、図１および２に示された
表面構造を有する。
【００４０】 酢酸エチル中の０．１％ベンゾトリアゾール−５−カルボン酸と１Ｈ，１Ｈ，
２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロドデシルアルコールとのエステル（以後Ｒf−ＢＴＡ
と略称する）の薄層を構造表面上に塗布した。溶媒を蒸発させた後に、サンプル
をオーブンに入れ、３００°Ｆ（１４９℃）で０．５時間にわたり加熱した。こ
のプロセスは表面上に疎水層を被覆した。その後、接触角を測定した。表１に示
したように、前進角は１７１°であり、後退角は１６３°であった。図５は、こ
の表面上の１．５マイクロリットル（μｌ）の水滴の写真（例えば、電子顕微鏡
写真）である。
【００４１】 比較として、表面構造のない電鋳ニッケルサンプルに上と同じプロセスを用い
て疎水層、Ｒf−ＢＴＡを被覆した。前進角は１２３°であり、後退角は３９°
であった。この実施例は、有機コーティングによってニッケル表面は疎水性にな
るけれども、表面を極度に疎水性にするのは表面構造であることを示している。
【００４２】
【表１】
【００４３】 実施例２ ニッケルの電鋳複製 スルファミン酸ニッケル浴中でニッケル電鋳によって複製を製造するために実
施例１のツールを用いた。浴の組成は、スルファミン酸ニッケル６００ｇ／リッ
トル（ｇ／Ｌ）、ホウ酸３０ｇ／Ｌおよびドデシル硫酸ナトリウム０．３ｇ／Ｌ
であった。溶液のｐＨは４．０であった。硫黄−減極ニッケルペレットをアノー
ドとして用いた。電鋳の温度は１３５°Ｆ（５７℃）であった。蒸着ニッケル層
を化学蒸着ニッケルから分離してニッケル雌複製を得た。その後、電鋳ニッケル
の表面に実施例１に記載されたのと同じプロセスによりＲf−ＢＴＡを被覆した
。前進角は１６４°であり、後退角は１４１°であった。
【００４４】 実施例３ シリコーン複製 実施例１に記載されたような蒸着ニッケルをツールとして用い、Ａ液対Ｂ液の
比が１０：１であるミシガン州ミッドランドのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇから商品
名ＳＹＬＧＡＲＤ１８４で入手できるシリコーンエラストマーを用いて複製を製
造した。シリコーンゴム製の堰を有するツール表面上にシリコーンを注入し、硬
化する前に気泡を除去するために真空処理し、その後、３００°Ｆ（１４９℃）
に１時間にわたり加熱した。シリコーンが硬化した後に、シリコーンをツールか
ら分離して雌模様の複製を得た。図６は、シリコーン複製のＳＥＭ写真を示して
いる。前進角は１６３°であり、後退角は１３８°であった。
【００４５】 実施例２において製造された雌ニッケル複製をツールとして用い、雄のシリコ
ーン複製を得るために同じプロセスを用いた。図７は表面構造を示している。図
６は雌表面構造である。雄複製の前進接触角は１７２°であり、後退角は１６３
°であった。
【００４６】 比較として、同じプロセスを用いるが表面構造のないニッケルサンプルでシリ
コーンサンプルを製造した。前進角は１１３°であり、後退角は８７°であった
。
【００４７】 実施例４ ポリプロピレン複製 実施例１に記載されたような蒸着ニッケルをツールとして用い、ポリプロピレ
ンで複製を圧縮成形／熱成形によって製造した。テキサス州アービングのＥｘｘ
ｏｎ Ｍｏｂｉｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商品名ＥＸＸＯＮ３４４５で入
手できるポリプロピレンペレットを用いた。温度は３５５°Ｆ（１７９℃）であ
り、圧力は１０００ポンド／平方インチ（７０３トン／平方メートル）であった
。その後、ポリプロピレンを基板から分離した。変形した「複製」が図８に示し
たように得られた。この変形は分離中のポリプロピレンの伸びのせいである。構
造がランダムに配置され、実質的に表面を覆っていることも示されている。ここ
で構造は、大きくとも１００ｎｍである最小サイズから少なくとも１マイクロメ
ートルである最大サイズに及ぶ実質的に連続のサイズ分布を示している。前進接
触角は１４８°であり、後退角は９１°であった。
【００４８】 対照として、同じポリプロピレン材料をもう一つの圧縮成形／熱成形実験のた
めに用いた。ポリマーペレットをポリエステルシートの二片間に入れ、複製が表
面構造をもたないようにした。同じ条件を圧縮成形／熱成形プロセスのために用
いた。前進接触角は８６°であり、後退角は６４°であった。
【００４９】 実施例５ 水浸漬試験 材料の高い疎水性は、材料を水に浸漬できるが表面は水で濡れないという事実
によっても示される。次のようにして実験を行った。表面構造が実施例４に記載
されたようなものであるサイズ１インチ×８インチ（２．５４ｃｍ×２０．３ｃ
ｍ）のポリプロピレンフィルムの片を５００ミリリットルの蒸留水を含む６００
ミリリットル（ｍｌ）のビーカーに浸漬した。サンプルの一部（４．５インチ（
１１．４ｃｍ））を水に浸漬した。水からポリマーを分離する空気の層があった
ことが観察された。２４時間後、サンプルをビーカーから取り出した。サンプル
の表面上に水はついていなかった。
【００５０】 比較として、構造のない実施例４のポリプロピレンサンプルの裏側を同量の水
に２４時間にわたり浸漬した。水はこの側についていた。
【００５１】 実施例６ 酢酸セルロース複製 厚さ２ミルの酢酸セルロースフィルムの三層を溶解し、実施例１に記載された
ニッケルの表面上にキャストした。溶媒としてアセトンを用いた。溶媒を室温で
４時間にわたり蒸発させ、その後、酢酸セルロースフィルムをニッケルから分離
した。後退接触角は０°であった。換言すると、水が落下した領域で、水は構造
表面を非常によく濡らした。
【００５２】 雌模様を得るために同じ実験を行ったが、実施例２に記載されたニッケルツー
ルを用いた。後退接触角はまた０°である。
【００５３】 比較として、同じ手順を用いて酢酸セルロースを構造のない平滑ニッケル表面
上にキャストした。後退接触角は２７°であった。この実施例は、比較的小さい
接触角を有する材料に関する濡れを表面構造が改善することを示している。
【００５４】 実施例７ 低密度ポリエチレン複製 コネチカット州ダンベリーのｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅから入手できるオクチ
ルフェノキシポリエトキシエタノール非イオン界面活性剤０．５重量％入りのテ
ネシー州キングスポートのＥａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ
から商品名ＴＥＮＩＴＥ１５５０で入手できる低密度ポリエチレンシートを実施
例１に記載されたようなニッケルツール上に圧縮成形して雌模様の構造を得た。
前進角と後退角の両方ともに０°であった。
【００５５】 表面構造が全くないが界面活性剤を有する同じシートの接触角を測定した。前
進角は１１°であった。後退角は０°であった。この実施例は、表面構造が表面
の親水性を高めたことを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、化学蒸着法を用いて蒸着されたニッケル表面の１５００倍での走査電
子顕微鏡写真である。
【図２】 図２は、図１に示されたニッケル表面の５０００倍での走査電子顕微鏡写真で
ある。
【図３】 図３は、多少のフラクタル的特徴を示す図１に示された走査電子顕微鏡写真の
２６×２５マイクロメートル部分である。
【図４】 図４は、多少のフラクタル的特徴を示す図３に示された走査電子顕微鏡写真の
１２×１１．６マイクロメートル部分である。
【図５】 図５は、本発明の構造表面上の水の１．５マイクロリットル小滴の顕微鏡写真
である。
【図６】 図６は、シリコーン複製の雌表面の１０００倍での走査電子顕微鏡写真である
。
【図７】 図７は、図６に示されたシリコーン複製の雄表面の１０００倍での走査電子顕
微鏡写真である。
【図８】 図８は、元の構造とは少し異なる構造を形成するためにツールから伸ばされた
、ポリプロピレンによる変形複製の走査電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｄ 1/00 ３２１ Ｃ２５Ｄ 1/00 ３２１ 1/04 ３２１ 1/04 ３２１ // Ｂ２９Ｌ 31:00 Ｂ２９Ｌ 31:00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ベンソン，ジェラルド エム． アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427， セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427 Ｆターム(参考） 4F202 AA11 AA33 AA45 AH00 AJ02 AJ09 CA01 CA11 CA19 CA27 CB29 CD05 CD07 CD14 CD23 4K030 AA12 AA14 BA01 BA02 BA05 BA06 BA07 BA10 BA12 BA13 BA14 BA16 BA17 BA18 BA19 BA20 BA21 BA22 BA36 BA38 BA42 BA48 BA49 BB03 FA10 LA21

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶化蒸着材料の表面モルホロジーを有する構造表面を含む
    ツールを提供する工程と、複製物品を形成するために前記ツールの構造表面を複
    製する工程とを含む、構造表面を複製する方法。
  2. 【請求項２】 前記複製物品と前記ツールを分離することをさらに含む、請
    求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記ツールの構造表面が結晶化蒸着材料を含む、請求項１に
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ツールが基板と前記基板上に配置された結晶化蒸着材料
    とを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ツールの構造表面が結晶化蒸着材料の複製を含む、請求
    項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ツールを提供する工程が、表面を含む基板を提供する工程と
    、前記基板上に結晶化蒸着材料を含む構造表面を含むツールを形成するために蒸
    着技術を用いて前記基板の表面上に材料を蒸着する工程とを含む、請求項１に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 前記蒸着技術が化学蒸着技術である、請求項６に記載の方法
    。
  8. 【請求項８】 前記蒸着技術が物理蒸着技術である、請求項６に記載の方法
    。
  9. 【請求項９】 ツールを提供する工程が、表面を含む基板を提供する工程と
    、結晶化蒸着材料を形成するために蒸着技術を用いて前記基板の表面上に材料を
    蒸着する工程と、前記ツールを形成するために前記基板表面から前記結晶化蒸着
    材料を分離する工程と含む、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記構造表面が少なくとも約１０ｎｍの平均サイズを有す
    るランダムに配置された構造を含む、請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記構造表面が少なくとも約１０ｎｍの二つの隣接構造間
    の平均空間距離を有するランダムに配置された構造を含む、請求項１に記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】 前記構造表面が約５０，０００ｎｍ以下の平均サイズを有
    するランダムに配置された構造を含む、請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記構造表面が約５０，０００ｎｍ以下の二つの隣接構造
    間の平均空間距離を有するランダムに配置された構造を含む、請求項１に記載の
    方法。
  14. 【請求項１４】 蒸着された材料が金属を含む、請求項１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記金属が、タングステン、アルミニウム、銅、ニッケル
    、チタン、銀、金、白金、パラジウム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム
    、ニオビウム、タンタル、クロム、モリブデン、マンガン、テクネチウム、レニ
    ウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、亜鉛、
    カドミウム、錫、鉛およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求
    項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記金属がニッケルである、請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記蒸着材料が金属含有化合物を含む、請求項１４に記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】 前記金属含有化合物が、金属ホウ化物、金属窒化物、金属
    カーバイド、金属ケイ化物、金属酸化物およびそれらの組み合わせからなる群か
    ら選択される、請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 複製作製が、前記ツールの構造表面上に硬化性組成物をキ
    ャストし、前記ツールの構造表面上で前記組成物を少なくとも部分的に硬化させ
    ることを含む、請求項１に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 複製作製が前記ツールの構造表面で前記物品をエンボスす
    ることを含む、請求項１に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 複製作製が前記ツールの構造表面上にポリマー材料を射出
    成形することを含む、請求項１に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 複製作製が、前記ツールの構造表面上に材料を押出し、前
    記ツール上で前記材料を固化させることを含む、請求項１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 複製作製が前記ツールの構造表面上に材料を電鋳すること
    を含む、請求項１に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 複製作製が前記ツールの構造表面上に第２の材料を蒸着す
    ることを含む、請求項１に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 後続の複製のためのツールとして前記複製物品を用いるこ
    とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記ツールが他のミクロ構造またはマクロ構造を含む基板
    を含み、前記構造表面が前記基板上に配置されたミクロ構造を含む、請求項１に
    記載の方法。
  27. 【請求項２７】 基板を提供する工程と、前記化学蒸着材料の結晶化から形
    成された構造表面を含むマスターツールを形成するために金属を含む材料を基板
    上に化学蒸着させる工程と、複製物品を形成するために前記マスターツールの構
    造表面を複製する工程と、前記マスターツールと前記複製物品とを分離する工程
    とを含む、構造表面を複製する方法。
  28. 【請求項２８】 結晶化蒸着材料の表面モルホロジーを有する構造表面を含
    むツールを提供する工程と、疎水表面を有する物品を提供する工程と、複製物品
    を形成するために前記疎水表面に前記ツールの構造表面を複製する工程と、前記
    ツールと前記複製物品とを分離する工程とを含む表面の疎水性を高める方法であ
    って、 前記複製物品の疎水表面の疎水性を高める方法。
  29. 【請求項２９】 結晶化蒸着材料の表面モルホロジーを有する構造表面を含
    むツールを提供する工程と、親水表面を有する物品を提供する工程と、複製物品
    を形成するために前記親水表面に前記ツールの構造表面を複製する工程と、前記
    ツールと前記複製物品とを分離する工程とを含む複製物品の親水表面の親水性を
    高める方法であって、 前記複製物品の親水表面の親水性を高める方法。
  30. 【請求項３０】 結晶化蒸着材料の複製を含む少なくとも一つの複製表面を
    含む複製物品。
  31. 【請求項３１】 ツーリング表面を含むツール本体と、ツーリング表面上の
    構造表面であって結晶化蒸着材料または結晶化蒸着材料の複製を含む構造表面と
    を含む複製ツール。
  32. 【請求項３２】 ツーリング表面を含む円筒体を含むツール本体と、前記ツ
    ーリング表面上の構造表面であって結晶化蒸着材料または結晶化蒸着材料の複製
    を含む構造表面とを含む複製ツール。
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