JP2014147893A - フィルタ材及びフィルタ材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定寸法の微粒子を精度よく分別する。
【解決手段】複数の貫通孔が設けられることで形成されるフィルタ領域を有する基材と、基材の少なくとも片面に設けられ、複数の貫通孔をそれぞれ露出させる複数の開口が設けられた金属箔と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定寸法の微粒子を分別するフィルタ材及びフィルタ材の製造方法に関する。

フィルタは、医療分野における各種生体物質の分別濾過や、工業分野における異物の分別除去等、種々の用途に用いられている。このようなフィルタには、例えば不織布層をフィルタ材として補強用ネットシートと共に巻きこんで筒型に構成した筒型フィルタや、側面を補強材に覆われた樹脂多孔質体をフィルタ材とする樹脂フィルタ等がある（例えば、特許文献１，２）。これにより、不織布層や樹脂多孔質体の空隙や空孔を透過できない大きな寸法の粒子が分別される。

特開２０１１−１０４４７１号公報 特開２００７−２２２８３４号公報

しかしながら、上記特許文献１，２の不織布層や樹脂多孔質体をはじめとするフィルタ材が有する空隙や空孔を、例えば５μｍ未満の微細で均等な寸法に形成することは難しかった。このため、所定寸法の微粒子を精度よく分別することは困難であった。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、微細な粒子を精度よく分別できるフィルタ材及びフィルタ材の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様によれば、複数の貫通孔が設けられることで形成されるフィルタ領域を有する基材と、前記基材の少なくとも片面に設けられ、複数の前記貫通孔をそれぞれ露出させる複数の開口が設けられた金属箔と、を備えるフィルタ材が提供される。

本発明の第２の態様によれば、前記貫通孔は、テーパ形状である第１の態様のフィルタ材が提供される。

本発明の第３の態様によれば、前記基材は可撓性を有する樹脂フィルムである第１又は第２の態様のいずれかのフィルタ材が提供される。

本発明の第４の態様によれば、前記金属箔の露出面には、メッキ層が形成されている第１ないし第３の態様のいずれかのフィルタ材が提供される。

本発明の第５の態様によれば、基材の少なくとも片面に設けられた金属箔上にレジスト層を形成し、前記レジスト層をマスクとして、前記金属箔上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをマスクとするエッチングにより前記金属箔に複数の開口を形成する開口形成工程と、前記開口から露出した前記基材の領域に貫通孔を形成してフィルタ領域を形成するフィルタ領域形成工程と、を有するフィルタ材の製造方法が提供される。

本発明の第６の態様によれば、前記フィルタ領域形成工程では、レーザによって前記貫通孔を形成する第５の態様のフィルタ材の製造方法が提供される。

本発明の第７の態様によれば、前記金属箔の露出面に所定厚さのメッキ層を形成するメッキ層形成工程を有する第５又は第６の態様のフィルタ材の製造方法が提供される。

本発明によれば、微細な粒子を精度よく分別できるフィルタ材及びフィルタ材の製造方法を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかるフィルタ材の平面概略図である。 本発明の一実施形態にかかるフィルタ材が備えるフィルタ領域の平面概略図である。 本発明の一実施形態にかかるフィルタ材の断面概略図である。 本発明の一実施形態にかかるフィルタ材の製造工程を示す概略フロー図である。

以下に、本発明にかかるフィルタ材及びフィルタ材の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

（１）フィルタ材
まず、本実施形態にかかるフィルタ材について、主に図１〜図３を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかるフィルタ材の平面概略図である。図２は、本実施形態にかかるフィルタ材が備えるフィルタ領域の平面概略図である。図３は、本実施形態にかかるフィルタ材の断面概略図である。

（基材）
図１に示すように、本実施形態にかかるフィルタ材１は、基材２を備えている。基材２として、例えば可撓性を有する樹脂フィルムが用いられるとよい。例えば、基材２として、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、アラミドのいずれかを主材料とする樹脂フィルムが用いられるとよい。基材２の厚さは、フィルタ材１の用途等に応じて適宜調整できるが、例えば１０μｍ以上２０μｍ以下であるとよい。基材２の平面形状は、例えば図１に示すような円形とすることができる。この他、基材２の平面形状は、フィルタ材１の用途等に応じて、例えば矩形、楕円形、多角形等の種々の形状としてもよい。

図１及び図２に示すように、基材２は、複数の貫通孔３が設けられることで形成されるフィルタ領域４を備えている。基材２には、複数（例えば４つ）のフィルタ領域４が形成されている。フィルタ領域４の平面形状は、例えば図１及び図２に示すような矩形とすることができる。この他、フィルタ領域４の平面形状は、フィルタ材１の用途等に応じて、例えば、円形や楕円形、多角形、スリット形状等の種々の形状としてもよい。

図３に示すように、貫通孔３は、フィルタ材１の上流側（図３の紙面における貫通孔３の上面）の開口寸法が、フィルタ材１の下流側（図３の紙面における貫通孔３の下面）の開口寸法よりも大きいテーパ形状に形成されているとよい。貫通孔３の上流側の開口及び貫通孔３の下流側の開口の平面形状はそれぞれ、例えばスリット形状（図２参照）の他、円形、楕円形、多角形等の種々の形状とすることができる。基材２に設けられる複数の貫通孔３はそれぞれ、同一形状であって、ほぼ同一の寸法に形成されているとよい。

貫通孔３は、例えばエキシマレーザ等のレーザ加工によって形成されている。これにより、微細な寸法の貫通孔３を、基材２に精度よく形成することができる。例えば、貫通孔３の上面の最短幅が３．８μｍ以上４．２μｍ以下であり、貫通孔３の下面の最短幅が１．３μｍ以上１．９μｍ以下である微細な貫通孔３を基材２に形成することができる。なお、貫通孔３の最短幅とは、例えば貫通孔３の平面形状がスリット形状や多角形である場合は、貫通孔３の内接円の直径を言い、例えば貫通孔３の平面形状が円形である場合は、貫通孔３の直径を言い、例えば貫通孔３の平面形状が楕円形や長方形等である場合は、貫通孔３の短径を言う。

（金属箔）
基材２の少なくとも片面、好ましくは両面には、金属箔５が設けられている。これにより、フィルタ材１の強度を向上させることができる。金属箔５は、例えば電解めっきやスパッタリングにより、基材２の少なくとも片面に設けられている。金属箔５としては、例えば銅箔を用いることができる。この他、金属箔５として、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）等から成る金属箔５を用いてもよい。金属箔５の厚さは、所望とするフィルタ材１の強度を得ることができる厚さに設定されている。すなわち、金属箔５の厚さは、フィルタ材１の用途等により適宜調整できるが、例えば５μｍ以上１０μｍ以下であるとよい。

金属箔５には、上述の基材２に設けられた複数の貫通孔３をそれぞれ露出させる複数の開口６が設けられている。開口６は、例えばエッチング加工等により形成される。開口６の平面形状は、上述の貫通孔３を露出させることができる形状であれば、スリット形状、円形、楕円形、多角形等の種々の形状とすることができる。

開口６の寸法は、例えば５μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。なお、開口６の寸法とは、例えば開口６の平面形状がスリット形状や多角形である場合は、開口６の内接円の直径を言い、例えば開口６の平面形状が円形である場合は、開口６の直径を言い、例えば開口６の平面形状が楕円形や長方形等である場合は、開口６の短径を言う。

（メッキ層）
金属箔５の露出面には、メッキ層７が設けられている。メッキ層７は、例えば第１メッキ層８と第２メッキ層９との２層の積層構造を有している。すなわち、メッキ層７は、例えば異なる成分を用いた２段階のメッキ処理を施すことで形成されている。

第１メッキ層８は、メッキ層７のうち主要な厚さを占めるように形成されている。第１メッキ層８は、例えばニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉメッキ層である。なお、第１メッキ層８は、この他、例えばスズ（Ｓｎ）や金（Ａｕ）を主成分とするＳｎメッキ層やＡｕメッキ層であってもよい。

第２メッキ層９は、第１メッキ層８とは異なるメッキ材を用いて形成されている。第２メッキ層９は、メッキ層７の最表面に形成され、耐薬品性を有するように構成されている。これにより、フィルタ材１の耐薬品性を向上させることができる。第２メッキ層９の厚さは、第１メッキ層８の厚さよりも薄くなるように形成されている。第２メッキ層９は、例えば金（Ａｕ）を主成分とするＡｕメッキ層である。なお、第２メッキ層９は、例えば白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を主成分とするＰｔメッキ層やＲｈメッキ層であってもよい。

メッキ層７全体の厚さは、第１メッキ層８としてのＮｉメッキ層の厚さと略同一の厚さであり、フィルタ材１の用途等により適宜調整できるが、例えば１μｍ以上２μｍ以下とすることができる。すなわち、メッキ層７は、例えば、第１メッキ層８として厚さが約１μｍ〜２μｍのＮｉメッキ層を金属箔５上に形成し、Ｎｉメッキ層の一部をＡｕに置換することで、第２メッキ層９として厚さが０．０１μｍ程度のＡｕメッキ層をＮｉメッキ層の上面に形成して設けられている。

（２）フィルタ材の製造方法
次に、本発明の一実施形態に係るフィルタ材１の製造方法の一実施形態について、主に図４を用いて説明する。図４は、本実施形態にかかるフィルタ材１の製造工程を示す概略フロー図である。以下では、例えばロール・ツー・ロール法による製造工程が適用されるフィルタ材１の製造方法について説明する。

（レジストパターン形成工程）
まず、基材２を準備する。基材２として、ポリイミドを主成分とする所定厚さ（例えば１２．５μｍ）の樹脂フィルムを用いる。そして、図４（ａ）に示すように、基材２の両面に、所定厚さ（例えば６μｍ）の金属箔５としての銅箔を、例えば電解メッキにより形成する。

次に、基材２の両面に設けられた金属箔５上にそれぞれレジストパターンを形成する。すなわち、図４（ｂ）に示すように、それぞれ金属箔５上に例えばフォトレジストを塗布してレジスト層１０を形成する。そして、図４（ｃ）に示すように、レジスト層１０に対して露光及び現像を行って、レジスト層１０に所定のレジストパターン（例えば直径が１０μｍの円形状）を形成する。この他、例えばレーザビーム等を用いた、いわゆる直接描画方式等により、レジスト層１０に所定のレジストパターンを形成してもよい。

（開口形成工程）
続いて、図４（ｄ）に示すように、レジスト層１０に形成された所定のレジストパターンをマスクとして、例えばエッチングにより所定形状の複数の開口６を金属箔５に形成し、開口６から基材２を露出させる。エッチング液としては、例えば、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）溶液や塩化第二銅（ＣｕＣｌ_２）溶液等を用いることができる。そして、図４（ｅ）に示すように、エッチング処理によって、金属箔５に複数の開口６から基材２が露出したら、レジスト層１０を剥離する。

（フィルタ領域形成工程）
次に、図４（ｆ）に示すように、開口６から露出した基材２の領域のそれぞれに貫通孔３を形成する。すなわち、例えばエキシマレーザ等のレーザを用い、開口６から露出した基材２の領域のそれぞれにレーザ光を照射して貫通孔３を形成する。これにより、基材２に複数のテーパ状の貫通孔３が形成され、基材２にフィルタ領域４が形成される。

（メッキ層形成工程）
そして、図４（ｇ）に示すように、例えば無電解メッキにより金属箔５の露出面に、メッキ層７として、所定厚さの第１メッキ層８と所定厚さの第２メッキ層９とを形成する。すなわち、まず、例えばメッキ速度が高く、かつ安価なニッケル（Ｎｉ）を用いて、金属箔５の露出面上に第１メッキ層８としてＮｉメッキ層を形成する。このとき、第１メッキ層８の厚さは、最終的なメッキ層７の厚さと略同一の厚さとなるように、比較的厚く形成する。続いて、例えばメッキ速度が低く、高価ではあるが、耐薬品性に優れる金（Ａｕ）を用いて、第１メッキ層８に対する置換メッキを行い、第１メッキ層８上に第２メッキ層９としてのＡｕメッキ層を形成する。このとき、第２メッキ層９の厚さは、第１メッキ層の厚さよりも薄くなるように形成する。そして、第２メッキ層９をメッキ層７の最表面とする。このように、第１メッキ層８としてＮｉメッキ層を形成することで、メッキ層７のメッキ時間を短縮することができるとともに、高価なＡｕメッキ材の使用量を抑えつつ、フィルタ材１の耐薬品性を向上させることができる。

（個片化工程）
その後、基材２をパンチング等により個片化し、円形や短冊状などの所定の形状を備えるフィルタ材１とする。本実施形態にかかるフィルタ材１が製造される。なお、本実施形態では、例えば基材２上に形成された金属箔５の寸法が、個片化後の基材２の寸法より小さくなるように形成されている。これにより、個片化のため基材２をパンチング等する際、金属箔５が切断されることがなく、金属箔５の切削屑等が発生してフィルタ領域４等に付着することを抑制することができる。よって、フィルタ領域４の貫通孔３の目詰まりを抑制し、歩留まりを向上させることができる。

（３）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、フィルタ材１は、複数の貫通孔３が設けられることで形成されるフィルタ領域４を有する基材２と、基材２の少なくとも片面に設けられ、複数の貫通孔３をそれぞれ露出させる複数の開口６が設けられた金属箔５と、を備えている。これにより、フィルタ材１は、フィルタ材１としての強度を保ちつつ、所定寸法の微粒子を精度よく分別することができる。従って、フィルタ材１は、例えば生体細胞等をはじめとする生体物質や化学物質、或いは、固形の異物やエマルジョン状となった油分等の種々の微粒子を分別することができる。すなわち、フィルタ材１は、例えば、医療分野や、化学分野、各種工業分野等の種々の分野で用いることができる。例えば、フィルタ材１は、配管等の継ぎ手部分に設けられて使用される。

（ｂ）本実施形態によれば、貫通孔３は、フィルタ材１の上流側の開口寸法が、フィルタ材１の下流側の開口寸法よりも大きいテーパ形状に形成されている。これにより、フィルタ材１の貫通孔３内に分別された微粒子が収納されるため、フィルタ材１によって分別した微粒子等を収集する必要がある場合、フィルタ材１によって分別された微粒子を収集しやすくなる。すなわち、トラップ効果を得ることができる。

（ｃ）本実施形態によれば、貫通孔３はレーザによって形成されている。これにより、微細な寸法の貫通孔３を基材２に精度よく形成することができる。例えば、貫通孔３の上面の最短幅が３．８μｍ以上４．２μｍ以下であり、貫通孔３の下面の最短幅が１．３μｍ以上１．９μｍ以下である微細な貫通孔３を基材２に形成することができる。従って、例えば５μｍ以下の微細な寸法の粒子を精度よく分別することができる。なお、従来のフィルタ材１では、不織布層や樹脂多孔質体をはじめとするフィルタ材１が有する空隙や空孔を、例えば５μｍ未満の微細な寸法に形成することは困難な場合があった。

（ｄ）本実施形態によれば、基材２として、可撓性を有する樹脂フィルムを用いている。これにより、フィルタ材１の取り扱いが容易となるとともに、フィルタ材１の変形や破損を抑制することができる。また、フィルタ材１を、用途等に応じて種々の形状に成型することが容易となる。また、所定の樹脂を主材料として選択すれば、フィルタ材１に耐薬品性を付与することができる。

（ｅ）本実施形態によれば、金属箔５の露出面には、メッキ層７が形成されている。これにより、フィルタ材１に耐薬品性を付与することができる。

（ｆ）本実施形態によれば、メッキ層７は無電解メッキにより形成されている。無電解メッキでは、例えば電解メッキ等においてみられるような電界集中が起こりにくい。したがって、メッキ層７の厚さをより均一にすることができる。

（本発明の他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上述の実施形態では、メッキ層７を第１メッキ層８と第２メッキ層９との２層により構成したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、メッキ層７は、単層で構成されていてもよく、あるいは３層以上の複数層で構成されていてもよい。この際、メッキ層７の最表面には、耐薬品性を有するメッキ層が設けられているとよい。

上述の実施形態では、基材２には、４つのフィルタ領域４を設けたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば基材２には、１つのフィルタ領域４が設けられていてもよく、或いは２つ以上の複数のフィルタ領域４が設けられていてもよい。

１ フィルタ材
２ 基材
３ 貫通孔
４ フィルタ領域
５ 金属箔
６ 開口

Claims (7)

1. 複数の貫通孔が設けられることで形成されるフィルタ領域を有する基材と、
   前記基材の少なくとも片面に設けられ、複数の前記貫通孔をそれぞれ露出させる複数の開口が設けられた金属箔と、を備える
   ことを特徴とするフィルタ材。
2. 前記貫通孔は、テーパ形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ材。
3. 前記基材は可撓性を有する樹脂フィルムである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ材。
4. 前記金属箔の露出面には、メッキ層が形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフィルタ材。
5. 基材の少なくとも片面に設けられた金属箔上にレジスト層を形成し、前記レジスト層をマスクとして、前記金属箔上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記レジストパターンをマスクとするエッチングにより前記金属箔に複数の開口を形成する開口形成工程と、
   前記開口から露出した前記基材の領域に貫通孔を形成してフィルタ領域を形成するフィルタ領域形成工程と、を有する
   ことを特徴とするフィルタ材の製造方法。
6. 前記フィルタ領域形成工程では、レーザによって前記貫通孔を形成する
   ことを特徴とする請求項５に記載のフィルタ材の製造方法。
7. 前記金属箔の露出面に所定厚さのメッキ層を形成するメッキ層形成工程を有する
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のフィルタ材の製造方法。

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