JP2010247479A

JP2010247479A - 貫通孔を有する微細構造成形体の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP2010247479A
Application number: JP2009101472A
Authority: JP
Inventors: Shota Ochi; 昭太越智; Kenichi Furuki; 賢一古木; Kazutoshi Yakimoto; 数利焼本; Hiroshi Ito; 伊東　　宏
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: JP5072899B2

Abstract

【課題】種々の断面形状をした微細な貫通孔を有し、バリや穴底の丸まりや形状不良がほとんど無い高品質の微細構造成形体を製造することができる製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る貫通孔を有する微細構造成形体を製造する製造方法は、スタンパに微細突起部を設け、これにより貫通孔を有する微細構造成形体を製造する製造方法であって、加熱された前記スタンパ上に前記微細構造成形体を形成させる溶融樹脂を供給し、その樹脂溶融体を押圧して前記微細突起部の頂部を前記樹脂溶融体から突出させた後、冷却し固化させることにより実施される。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂の溶融体に微細構造成形体を形成させるとともに、微細貫通孔を明け、これを冷却し固化させることにより微細な貫通孔を有する微細構造成形体を製造する製造方法及び製造装置に関する。

微細構造成形体は、電子デバイス、光デバイス、記録メディア、バイオデバイス等種々の分野にその用途が拡大しており、これらに使用される微細構造成形体は、精密機械加工、射出成形、リソグラフィ、ナノインプリント、ホットエンボス等の各種加工法により製造されている。これらの加工方法により製造されるものの多くは、樹脂、半導体材料、金属材料等の表面に微細な凹凸を有する微細構造成形体であるが、高精度の微細な貫通孔を有する微細構造成形体も必要とされている。

貫通孔を有する微細構造成形体は、例えば、医療用途として、マイクロ針アレイによる経皮性薬剤搬送システム、バイオセンサー、医用高分子膜（血液浄化、血液透析、人工肝臓、膜型人工肺、ウイルス除去膜等）、人工血管等への利用が進められている。また、電気・電子材料用途として、電池用セパレータ、多孔質センサ、液晶光学表示素子等への利用が進められている。

このような貫通孔を有する微細構造成形体の製造方法として、先ず、射出成形法や熱式インプリント法が挙げられる。射出成形法は、第７図に示すように、金型に突起状のピンを形成し、その周りに溶融樹脂を射出して冷却した後、金型を開いて取り出す工法である。一方、熱式インプリント法は、第８図に示すように、Si、ガラス、石英等の基板上に形成された固体状の熱可塑性樹脂フィルムをそのガラス転移温度以上に加熱して軟化させるとともに、同じく加熱されたスタンパの突起を樹脂に押圧して加圧変形させ、それらを冷却して離型した後に、突起と基板との間の残膜を酸素の反応性イオンエッチングで除去して基板表面を出し、基板と樹脂とを引き剥がして貫通穴を形成させる工法である。

また、図９（ａ）に示すような針状突起を有する金型を用いて樹脂フィルムを押圧することにより微細な貫通孔を明ける精密機械加工法がある。

さらに、貫通孔を有する微細構造成形体の製造方法として、例えば、特許文献１に、PET，PES，PC，PI等の高分子材料からなるフィルムにレーザ光を照射して穿孔加工を施すことを特徴とする微細粒子分級用フィルターの製造方法が提案されている。

特許文献２には、複数の貫通孔が形成されている基板の前記各貫通孔に対して、所定の透光性及び所定の粘度を有しかつ硬化可能な液状のレンズ材料を滴下又は噴射し、前記各貫通孔に前記レンズ材料を位置させて各マイクロレンズを製造するマイクロレンズアレイの製造方法が提案されている。そして、明細書に、貫通孔は、そのサイズに応じて、超精密切削加工、レーザ加工、集束イオンビーム加工、レーザエッチング加工、マイクロ放電加工、電子ビーム描画等により明けることができると記載されている。

また、特許文献３に、電鋳加工し微細金型として利用可能な樹脂層中に傾斜した側壁を有する高精度な３次元微細構造体を、簡易なＸ線露光システムにより、安価に大量生産できる方法が提供されている。特許文献４に、樹脂にエンボス加工を施し、エンボス加工された凹部底を化学エッチング又はレーザによるアブレーション処理を行って貫通孔を形成し薄膜ミクロフィルタを製造する製造方法が提案されている。

特許文献５には、プラスチックフィルムを針剣山ロールと圧縮空気吹き出し口との間隙に置き、該フィルムに圧縮空気を吹き付けて針剣山ロールに押し付け、針によって連続的に微細孔を加工する方法であって、針根元径が1mm以下で、プラスチックフィルムに設けられた開口部の平均径が500μm以下となるプラスチックフィルム用微細孔加工設備が提案されている。

特許文献６には、帯状のシート、特にプラスチックシートを穿孔するための、一対のローラを有する装置が記載されている。このローラ対は、その外周面に対して半径方向に設けられたニードルを有するニードル付ローラと、該ニードル付ローラとの接触状態に保持される対向ローラとからなっており、該対向ローラの外周面が、各ニードルの先端部の針入を可能にするライニング、例えば弾性的な外側層を備えている。

特開平10-118569号公報特開2003-4909号公報特開2008-89617号公報特表2002-533236号公報特開2004-344986号公報特表平11-508830号公報

微細な貫通孔を有する微細構造成形体を工業的に作製する上で重要なことは、貫通孔の形状精度（真円度、穴直径、穴深さ、穴形状、バリやヒケの無いこと）、貫通孔の形状の自由度（深さ、直径、穴の形状）、あるいは、スタンパ突起の耐久性（磨耗、折損、変形）、歩留まりなどの生産性又は経済性である。特に、医療用途や電気・電子材料用途においては、単一ではなく高精度の多数の微細な貫通孔を有する微細構造成形体が求められており、形状に関する精度と自由度の要求及び生産性又は経済性の要求の両立が求められている。

このような要求に対して、射出成形法は、生産性が高いが、金型内には20MPa以上の高圧が作用し、しかも金型内におかれた突起には高いせん断力が作用するので、突起状のピンの磨耗、折損、倒壊などが生じやすく耐久性に問題がある。また、樹脂が突起の廻りを流動する時のウエルドラインが発生しやすい。ピンの耐久性の問題から、直径が数百μm以下の穴をあけるには無理がある。そして、金型の穴とピンとの勘合部に樹脂が侵入し、バリが出やすいと同時に、残膜が残って完全な貫通孔を明けるのが容易でないという問題がある。さらに、成形品として得られる厚さは0.3mm以上であり、微細な貫通穴を有する薄く大面積の成形体を得ることができないという問題もある。

熱式インプリント法は、図８（ｂ）に示すように、ガラス転移点の近辺で加熱軟化された固体状の熱可塑性樹脂フィルムを突起により加圧変形させるために、極めて大きな加圧力を要し、スタンパの突起の先端の磨耗やヘタリが生じやすいという問題がある。また、図８（ｃ）に示す残膜を酸素の反応性イオンエッチングで除去するためには、高価な設備と工程時間を必要とするため、生産性が低く、設備が高価になるという問題がある。さらに、固体状の樹脂を常温からガラス転移温度まで、金型からの伝熱で加熱するためには数分台の長い時間を要し生産性が低いという問題がある。

精密機械加工法は、金型の微細突起により固体状の樹脂フィルムを穿孔するものであるから、工具の摩耗が激しく工具の寿命が短いという問題がある。また、精密機械加工法は、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、微細な貫通孔を明けるのが容易でなく、バリが発生しやすいという問題がある。特に剛性の低い樹脂が加工対象である場合は、貫通孔を明けるのが困難であるという問題がある。このような精密機械加工法に伴う問題は、固体状の樹脂フィルムを機械的に穿孔するいずれの方法も同様である。

特許文献１〜３に記載されたレーザ、Ｘ線あるいは電子線等を利用して微細な貫通孔を明ける方法は、大がかりな設備を要し、種々の断面形状をした貫通孔を明けるのが困難であるという問題がある。特許文献４に記載されたホットエンボス加工法は、特許文献４に記載するようにアブレーション処理が必要になる、剛性の低い樹脂フィルムには貫通孔を明けることができない、金型の寿命が短い、あるいは、金型の加熱・冷却に時間を要し生産性が悪い等の問題がある。

特許文献５及び特許文献６に示された方法は、上記精密機械加工法の場合と同様に、固体状のシートあるいはフィルム等の固体樹脂に穴を明ける方法であり、弾性体に穴を明けるものであるから、穴明け部位にバリが発生しやすく、穴のエッジ部が丸くなりやすく形状精度が出ないという問題がある。また、固体樹脂が伸び変形するために穴が明き難く、部分的に孔のない部分が発生するという問題がある。

さらに、特許文献５及び特許文献６に示す方法にあっては、穴の形状がスタンパの突起の形状に制約され、その先端が針状でない円錐状あるいは台形状の穴はあけることはできないという問題がある。また、スタンパの突起先端部分には大きな応力が作用するから、磨耗、ヘタリ等が発生しやすく、穴の直径と深さの比（アスペクト比）が１を超える場合、あるいは高弾性の固体樹脂を加工する場合は、スタンパの突起の座屈強度が問題となる。例えば、直径100μm、高さ1mmといった高アスペクト比の針状突起により穴明け加工をすると、針状突起は座屈破壊する可能性が高い。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、針状、円錐あるいは台形状等種々の形状の微細な貫通孔を明けることができ、バリや穴底の丸まりや形状不良がほとんど無く、形状・寸法精度に優れた高品質の微細構造成形体を製造する方法を提案することを目的とする。また、金型の突起部の座屈破壊を生じる可能性が低くかつ金型の寿命が長く、微細な貫通孔を有する微細構造成形体を効率的に製造することができる製造装置を提案することを目的とする。

本発明に係る貫通孔を有する微細構造成形体を製造する製造方法は、スタンパに微細突起部を設け、これにより貫通孔を有する微細構造成形体を製造する製造方法であって、加熱された前記スタンパ上に前記微細構造成形体を形成させる溶融樹脂を供給し、その樹脂溶融体を押圧して前記微細突起部の頂部を前記樹脂溶融体から突出させた後、冷却し固化させることにより実施される。

上記発明において、樹脂溶融体の押圧は、緩衝部材を介して行われるのがよく、その際の緩衝部材は、前記樹脂溶融体が冷却、固化されて形成された前記微細構造成形体から容易に剥離されるものであるのがよい。また、緩衝部材は、前記微細構造成形体を形成させる樹脂の融点よりも高い融点を有する厚さが1μm〜3mmの樹脂フィルムを使用することができる。

上記樹脂フィルムは、シリコ−ンゴム、フッ素ゴム、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド・イミド、エポキシ、不飽和ポリエステル、ガラス繊維強化樹脂（GFRP）、炭素繊維強化樹脂（CFRP）、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエチレン・ナフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー、メタクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、MCナイロン、超高分子量ポリエチレンからなるフィルムを使用することができる。

また、上記発明において、微細構造成形体は、その厚さが30μm〜3mmであり、最小直径が100nm〜1000μmの貫通孔を有するものを好適に製造することができる。また、微細構造成形体は、熱可塑性樹脂から形成するのがよい。

上記熱可塑性樹脂として、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエチレン・ナフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー、メタクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、MCナイロン、超高分子量ポリエチレンを使用することができる。

また、微細構造成形体を形成させる溶融樹脂の前記スタンパ上への供給は、フィルム状に吐出される溶融樹脂を前記スタンパ上に塗布することにより行われるようにするのがよい。

本発明に係る微細構造転写成形装置は、貫通孔を有する微細構造成形体を製造するプレス式の微細構造転写成形装置であって、温度調整手段を有する下金型と、前記下金型に対向して上下動し、温度調整手段を有する上金型と、前記下金型に設置される微細突起部を有するスタンパと、前記微細構造成形体を形成させる溶融樹脂を前記スタンパ上に供給する樹脂供給装置と、前記上金型と前記下金型との最小間隔を規制する高さ調整装置と、前記上金型の下降により前記溶融樹脂を押圧するに際し、前記上金型と前記溶融樹脂との間に介在し、前記スタンパの微細突起部の先端部を入り込ませる緩衝部材と、を有している。

上記微細構造転写成形装置において、高さ調整装置は、0.1μm〜100μmの精度で高さ調整ができるものであるのがよい。

スタンパの微細突起部は、断面形状が円形又は角形であり、直径又は辺長が100nm〜1mm、高さ100nm〜3mmであるものとすることができる。

樹脂供給装置は、前記スタンパ上にフィルム状の溶融樹脂を吐出しつつ塗布することができるＴダイ吐出口を有するものであるのがよい。

また、本微細構造転写成形装置には、前記スタンパの微細突起部の高さ及び成形する微細構造成形体の厚みに対応して、その微細突起部の頂部と前記Ｔダイ吐出口との間隙を数十μm〜数mmに設定するとともに、前記Ｔダイ吐出口から吐出される溶融樹脂の吐出速度及び前記Ｔダイ吐出口の水平方向移動速度を制御することにより、前記微細構造成形体の厚み及び貫通孔の深さを数十μm〜数mmに制御する制御手段を設けることができる。

本発明によれば、種々の断面形状をした微細な貫通孔を有し、バリや穴底の丸まりや形状不良がほとんど無い高品質の微細構造成形体を製造することができる。また、本発明によれば、金型の寿命が長く、金型の微細突起部の座屈破壊の恐れが少ない貫通孔を有する微細構造成形体を効率的に製造することができる製造装置を提供することができる。

本発明に係る貫通孔を有する微細構造成形体の製造方法を説明する概念図である。本発明に係る貫通孔を有する微細構造成形体の製造装置の構成を説明する模式図である。図２のスタンパの微細突起部の各種形状を示す模式図である。Ｔダイ吐出口の構造を説明する模式図である。図２に示す製造装置により貫通孔を有する微細構造成形体を製造する各工程を示す模式図である。図２に示す製造装置により貫通孔を有する微細構造成形体の製造試験を行ったときの微細突起部（ａ）及び成形品（ｂ）の形状を示す図である。射出成形法による微細構造成形体の製造方法を概説する模式図である。熱式インプリント法による微細構造成形体の製造方法を概説する模式図である。固体フィルムに針状突起を押し付けることによる微細構造成形体の製造方法を概説する模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。図１は、本発明に係る貫通孔を有する微細構造成形体の製造方法を説明する概念図である。図１に示すように、本発明に係る貫通孔を有する微細構造成形体は以下のように製造される。すなわち、微細突起部3が設けられたスタンパ1があり、先ず、このスタンパ1上に微細構造成形体を形成させる溶融樹脂を供給し、その供給されてなる樹脂溶融体5を押圧して微細突起部3の頂部を樹脂溶融体5から突出させる。次に、樹脂溶融体5を冷却し、固化させる。そして、固化された樹脂溶融体5をスタンパ1から取り出し、貫通孔を有する微細構造成形体を得ることができる。

このようにして、貫通孔を有する微細構造成形体を製造することができるが、本貫通孔を有する微細構造成形体の製造方法は、プレス式の微細構造転写成形装置により実施することにより効率的に貫通孔を有する微細構造成形体を製造することができる。このため、樹脂溶融体5を押圧するに際し、微細突起部3の先端部を保護するため、図１に示すような緩衝部材7を介して樹脂溶融体5を押圧するのがよい。しかしながら、微細突起部3が保護され、樹脂溶融体5を均等に押圧することができる方法であれば緩衝部材7を設けないこともできる。例えば、樹脂溶融体5を液体様のもので静水圧的に押圧する方法がある。

緩衝部材7は、便宜的に使用されるものであるから、樹脂溶融体5が冷却、固化されて微細構造成形体が成形された後には、容易に剥離、除去できるものであるのがよい。また、緩衝部材7は、微細構造成形体を形成させる樹脂の融点よりも高い融点を有するものがよく、厚さが1μm〜3mmの樹脂フィルムを使用することができる。

例えば、以下に示す材質の樹脂フィルムを使用することができる。すなわち、シリコ−ンゴム、フッ素ゴム、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド・イミド、エポキシ、不飽和ポリエステル、ガラス繊維強化樹脂（GFRP）、炭素繊維強化樹脂（CFRP）、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエチレン・ナフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー、メタクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、MCナイロン、超高分子量ポリエチレンからなるフィルムを使用することができる。

上述のように、緩衝部材7は、樹脂溶融体5を均等に押圧する作用を有し、微細突起部3を保護する機能を有するものであるが、さらに、この緩衝部材7により樹脂溶融体5を押圧することにより、高い寸法精度を有する貫通孔であってバリの少ない貫通孔を有する微細構造成形体を製造することができるようになる。

スタンパ1は、特に限定されないが、その温度は、微細構造成形体を形成させる樹脂の種類、その樹脂の成形性やスタンパ1から剥離する際の粘着力の温度依存性等を考慮して、最適な温度が選ばれる。例えば、スタンパ1の温度は、ポリメチルメタクリレートであれば130〜170℃、ポリカーボネート樹脂であれば160〜220℃、環状ポリオレフィン樹脂では160〜190℃、ポリエチレンアフタレート樹脂では160〜180℃、ポリプロピレンであれば110〜170℃、ポリエチレンであれば90〜120℃が好適である。

微細構造成形体は、その厚さが30μm〜3mmであり、最小直径が100nm〜1000μmの貫通孔を有する微細構造成形体を製造することができる。そのような微細構造成形体を形成させる樹脂は、熱可塑性樹脂がよい。

例えば、微細構造成形体を形成させる樹脂として、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエチレン・ナフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー、メタクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、MCナイロン、超高分子量ポリエチレンを使用することができる。

このような微細構造成形体を形成させる溶融樹脂のスタンパ1への供給は、樹脂が溶融フィルム状に吐出され、スタンパ1の表面が端から順次塗布されるようになっているのがよい。これにより、スタンパ1上に供給される樹脂の厚さを容易に制御することができる。また、以下に説明するように、塗布の工程終了時には微細構造成形体が溶融樹脂により概ね賦形されており、加圧時の加圧力が貫通孔の形成に有効に作用するようになる。このため、低い加圧力及び短い加圧時間でも精度の高い貫通孔を形成することができる。

塗布される溶融樹脂の厚さの管理は、特にアクリルやポリカーボネート等の非晶性樹脂の場合に重要である。このような樹脂の場合は、溶融樹脂のスタンパ1への塗布が完了した樹脂溶融体5の状態で、最終製品である微細構造成形体の厚さに近い厚みにしておく必要がある。もし、加圧力により所要の厚さにしようとするならば、このような樹脂はゴム状特性を示すため、数十MPa程度の押圧力を要するからである。一方、樹脂溶融体5の状態で所要の厚さになっておれば、押圧力は十数MPa以下程度で充分である。

以上、本発明に係る貫通孔を有する微細構造成形体の製造方法について説明した。本製造方法によれば、所要の熱可塑性樹脂材料からなり、医療用途、電気・電子材料用途に好適に使用することができる高精度の多数の微細な貫通孔を有する微細構造成形体を製造することができる。このような微細構造成形体は、図２に示す、プレス式の微細構造転写成形装置により好適に製造することができる。

本微細構造転写成形装置100は、プレス式の微細構造転写成形装置であって、温度調整手段を有する下金型10と、下金型10に対向して上下動し、温度調整手段を有する上金型20と、下金型10に設置される微細突起部35を有するスタンパ30と、図５において詳細に説明する微細構造成形体48を形成させる溶融樹脂45をスタンパ30上に供給する樹脂供給装置40と、上金型20と下金型10との最小間隔を規制する高さ調整装置15と、上金型20の下降により溶融樹脂45を押圧するに際し、上金型20と溶融樹脂45との間に介在し、スタンパ30の微細突起部35の先端部を入り込ませる緩衝部材55と、を有する。なお、緩衝部材55は、移送装置50により適宜所要位置に移送することができるようになっている。

本微細構造転写成形装置100において、高さ調整装置15は、0.1μm〜100μmの精度で高さ調整ができるものが好ましい。これにより、所要のサイズの貫通孔を有する微細構造成形体48を製造することができる。高さ調整装置15は、無段階に高さが調整できるものであっても、また、段階的に高さが調整できるものであってもよい。

スタンパ30は、特に限定されない。スタンパ30の微細突起部35は、断面形状が円形又は角形とすることができ、直径又は辺長は100nm〜1mm、高さは100nm〜3mmとすることができる。また、微細突起部35は、例えば、図３に示すように、円柱又は角柱状（ａ）、円錐又は角錐状（ｂ）、円柱又は角柱であって先端部が砲弾状（ｃ）又は槍状（ｄ）、円錐台又は角錐台（ｅ）、あるいは図３（ｂ）の特殊な形状（ｆ）、貫通孔を形成しない微細凹凸が形成されているもの（ｇ）等の種々の形状にすることができる。

樹脂供給装置40は、前記スタンパ上に溶融フィルム状の溶融樹脂を吐出しつつ塗布することができるＴダイ吐出口を有するものがよい。これにより、溶融樹脂が溶融フィルム状に吐出され、スタンパ1の表面が端から順次塗布されるようになる。Ｔダイ吐出口を有する樹脂供給装置40は、図４に示すように、溶融樹脂を貯留する樹脂溜部と、その底部に突出した細長いＴダイ吐出口を有する口唇部とからなるＴダイ本体を有している。なお、ダイ内の樹脂の流路がＴ字型をしていることからＴダイと呼ばれる。

本微細構造転写成形装置100には、スタンパ30に設けられた微細突起部35の高さ及び成形する微細構造成形体の厚みに対応して、その微細突起部35の頂部とＴダイ吐出口との間隙を数十μm〜数mmに設定するとともに、Ｔダイ吐出口から吐出される溶融樹脂の吐出速度及びＴダイ吐出口の水平方向移動速度を制御することにより、微細構造成形体の厚み及び貫通孔の深さを数十μm〜数mmに制御する制御手段を設けることができる。これにより、微細構造成形体の厚み、貫通孔の形状及び深さを高精度に制御することができる。

制御手段は、例えば、微細突起部35の頂部とＴダイ吐出口との間隙を測定するすきまセンサ、Ｔダイ吐出口から吐出される溶融樹脂の吐出量センサ、Ｔダイ吐出口の水平方向移動速度（塗布速度）測定センサ及びすきまセンサと吐出量センサからの情報に基づきＴダイ吐出口の水平方向移動速度を制御する制御装置から構成することができる。

下金型10、上金型20は、所要の温度に調整することができる温度調整手段を有するものであれば、公知のものを使用することができる。

上記、微細構造転写成形装置100により、以下のように微細構造成形体を製造することができる。すなわち、図５に示すように、先ず、下金型10に保持されたスタンパ30上に溶融樹脂45が、樹脂供給装置40よりスタンパ1の表面上を端から順次塗布されるように供給される（ａ）。溶融樹脂45は適度の粘度を有しており、塗布が終わった際には、溶融樹脂45が微細突起部35の頂部から下方に入り込み、微細構造成形体が溶融樹脂により概ね賦形されている（ｂ）。そして、スタンパ1上に塗布されて形成された樹脂溶融体46の上面に緩衝部材55が載置される（ｃ）。なお、図５（ｂ）〜（ｇ）において、樹脂溶融体46、スタンパ30及び微細突起部35の各部分は断面を示している。

次に、上金型20が下降し、樹脂溶融体46は緩衝部材55を介して上金型20により押圧される（ｄ）。上金型20は、下金型10と上金型20の間隔が所定寸法Ｌになるまで下降し、樹脂溶融体46を押圧する（ｅ）。このとき、微細突起部35は、樹脂溶融体46を突き抜け、緩衝部材55の中に潜り込んだ状態になっており、微細突起部35の先端部の損傷等が防止される。また、微細突起部35は、樹脂溶融体46の温度と同等の高温度になって軟化した緩衝部材55に刺さるため、微細突起部35の摩耗が抑制される。

次に、下金型10及び上金型20の冷却が行われ、スタンパ30及び樹脂溶融体46が冷却され、樹脂溶融体46の固化が行われる（ｆ）。そして、樹脂溶融体46が固化した後、上金型20が上昇し（ｇ）、固化した樹脂溶融体46が緩衝部材55とともにスタンパ30から剥離され、緩衝部材55を剥離すると微細構造成形体48が得られる（ｈ）、（ｉ）。

図２に示す製造装置を用いて貫通孔を有する微細構造成形体を成形する製造試験を行った。試験条件を表１に、使用したスタンパの微細突起部の寸法諸元を図６、表１に示す。微細構造成形体を形成させる樹脂は、メタクリル酸メチル（PMMA）、ポリカーボネート（PC）、高密度ポリエチレン（HDPE）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレンナフタレート（PEN）を使用した。緩衝部材は、シリコンゴム、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、PPを使用した。また、比較のため緩衝部材を使用しない場合の製造試験も行った。

本製造試験により製造された微細構造成形体（成形品）の厚さ及び貫通孔部分の寸法諸元を表２に示す。表２に示すように、本発明に係る製造方法又は装置によれば種々の樹脂を用いて、数μm〜数百μmに至る貫通孔を有する微細構造成形体を高精度で製造できることが分かる。

なお、表１及び表２において、試験番号１のPMMAは、株式会社クラレ製パラペットGH1000S、試験番号２のPMMAは同社製パラペットEHを使用した。試験番号３のPCは帝人化成株式会社製パンライトAD5503、試験番号４のHDPEは三井化学株式会社製ハイゼックス7000F、試験番号のPPは住友化学株式会社製住友ノーブレン、試験番号のPENは帝人化成株式会社製テオネックスTN-8065Sを使用した。

1 樹脂溶融体
3 緩衝部材
5 スタンパ
7 微細突起部
10 下金型
15 高さ調整装置
20 上金型
30 スタンパ
35 微細突起部
40 樹脂供給装置
45 溶融樹脂
46 樹脂溶融体
48 微細構造成形体
50 移送装置
55 緩衝部材
100 微細構造転写成形装置

Claims

スタンパに微細突起部を設け、これにより貫通孔を有する微細構造成形体を製造する製造方法であって、
加熱された前記スタンパ上に前記微細構造成形体を形成させる溶融樹脂を供給し、その樹脂溶融体を押圧して前記微細突起部の頂部を前記樹脂溶融体から突出させた後、冷却し固化させることにより貫通孔を有する微細構造成形体を製造する製造方法。
前記樹脂溶融体の押圧は、緩衝部材を介して行われることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
前記緩衝部材は、前記樹脂溶融体が冷却、固化されて形成された前記微細構造成形体から容易に剥離されるものであることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
前記緩衝部材は、前記微細構造成形体を形成させる樹脂の融点よりも高い融点を有する厚さが1μm〜3mmの樹脂フィルムであることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
前記樹脂フィルムは、シリコ−ンゴム、フッ素ゴム、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド・イミド、エポキシ、不飽和ポリエステル、ガラス繊維強化樹脂（GFRP）、炭素繊維強化樹脂（CFRP）、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエチレン・ナフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー、メタクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、MCナイロン、超高分子量ポリエチレンからなるフィルムであることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
前記微細構造成形体は、その厚さが30μm〜3mmであり、最小直径が100nm〜1000μmの貫通孔を有するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
前記微細構造成形体を形成させる樹脂は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
前記熱可塑性樹脂は、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエチレン・ナフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー、メタクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、MCナイロン、超高分子量ポリエチレンであることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
前記微細構造成形体を形成させる溶融樹脂の前記スタンパ上への供給は、溶融フィルム状に吐出される溶融樹脂を前記スタンパ上に塗布することにより行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
貫通孔を有する微細構造成形体を製造するプレス式の微細構造転写成形装置であって、
温度調整手段を有する下金型と、
前記下金型に対向して上下動し、温度調整手段を有する上金型と、
前記下金型に設置される微細突起部を有するスタンパと、
前記微細構造成形体を形成させる溶融樹脂を前記スタンパ上に供給する樹脂供給装置と、
前記上金型と前記下金型との最小間隔を規制する高さ調整装置と、
前記上金型の下降により前記溶融樹脂を押圧するに際し、前記上金型と前記溶融樹脂との間に介在し、前記スタンパの微細突起部の先端部を入り込ませる緩衝部材と、を有する微細構造転写成形装置。
高さ調整装置は、0.1μm〜100μmの精度で高さ調整ができるものであることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造転写成形装置。
前記スタンパの微細突起部は、断面形状が円形又は角形であり、直径又は辺長が100nm〜1mm、高さ100nm〜3mmであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の微細構造転写成形装置。
前記樹脂供給装置は、前記スタンパ上に溶融フィルム状の溶融樹脂を吐出しつつ塗布することができるＴダイ吐出口を有するものであることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の微細構造転写成形装置。
前記スタンパの微細突起部の高さ及び成形する微細構造成形体の厚みに対応して、その微細突起部の頂部と前記Ｔダイ吐出口との間隙を数十μm〜数mmに設定するとともに、前記Ｔダイ吐出口から吐出される溶融樹脂の吐出速度及び前記Ｔダイ吐出口の水平方向移動速度を制御することにより、前記微細構造成形体の厚み及び貫通孔の深さを数十μm〜数mmに制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１３に記載の微細構造転写成形装置。