JP2019084744A - 金型、それを用いた熱可塑性樹脂フィルムの製造方法、および、熱可塑性フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】高密度で、かつ孔径が高精度に制御された微小な貫通孔を有する、ハンドリング性にすぐれた貫通フィルムを製造するための金型を提供する。【解決手段】本発明の金型は、貫通孔を有する熱可塑性フィルムを製造するための金型である。金型は、板状基材の一方の主面表面に複数の第一の柱状突起が形成された構造となっている。さらに、第一の柱状突起のそれぞれの柱の頂部面には、第一の柱状突起の頂部面の面積よりも底面積の小さな複数の第二の柱状突起が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、貫通孔を有する熱可塑性フィルムを製造するための金型、その金型を用いた熱可塑性樹脂フィルムの製造方法、および、熱可塑性フィルムに関する。本方法により得られる貫通孔を有するフィルムは、濾過、細胞培養、細胞分離、ガス透過、透湿等の機能を有するミクロンサイズからナノサイズの微細な貫通孔を必要とする部材として使用することができる。また、そのような用途においては高性能化を図る目的で、孔形状や配置が高精度に制御された貫通孔を有する熱可塑性フィルムが特に好適に使用される。

孔の形状や配置が高精度に制御された貫通孔を有する熱可塑性フィルムの製造方法として、射出成形やフィルムへの電子線加工、エッチング、熱インプリント等が挙げられる。特許文献１には、熱可塑性フィルムに突起構造を表面に有する加熱した金型を押し当てて、フィルムに貫通孔を形成する熱インプリント技術が開示されている。特許文献１によれば、融点Ｔｍ１を有する熱可塑性樹脂Ｐ１を含むＡ層、および、ガラス転移温度Ｔｇ２を有する熱可塑性樹脂Ｐ２を含むＢ層が少なくとも積層された積層構造体に対して、突起構造を表面に有する金型をＴｍ１以上かつＴｇ２以上の温度に加熱し、該積層構造体のＡ層側に押し当てることにより、Ａ層に所望の位置及び密度分布で配置され、所望の形状を有する貫通孔を形成することができるとある。

また、特許文献１には、このように貫通孔を有する熱可塑性フィルムを製造するための金型の突起構造の形状として、円錐形状や、円錐と円柱を連結させた形状、角錐と四角柱を連結させた形状、が開示されている。

また、特許文献２には、凹凸部を有するモールドに関し、凸部における頂部の表面粗さを大きく形成したモールドが開示されており、特許文献３には、パターン用凸部の頂部の周辺部に突起が設けられていることを特徴とするモールドが開示されている。

国際公開第２０１４／１７１３６５号パンフレット 特開２００８−２８７８０５号公報 特許第５７３１８９３号

フィルタなどの分野では、より微細、例えば５ミクロン以下やサブミクロン程度の貫通孔を有するフィルムが求められている。しかし、特許文献１に記載の金型の突起構造において、そのように微小な貫通孔を形成しようとする場合、円錐と円柱や、角錐と四角柱を連結させた形状からなる突起構造では、円柱や角柱などの柱部分を、所望の孔径に応じて細くする必要がある。他方、円柱や角柱などの柱部分の高さは、最終的に所望されるフィルムの厚みや、ハンドリング性などによって必要高さが決まり、高さを十分小さくすることは難しく、結果として柱部分の構造は、細く高さの大きい構造とせざるを得ない場合が多い。しかし、このように細く高さの大きい柱構造は形成が難しく、また、貫通孔を形成する際や取扱の際に、強度の不足に起因して、柱が曲がる、折れるなどの問題が起こりやすい。

また、特許文献１に記載の金型の突起構造において、円錐形状の突起構造の場合、Ｂ層に連通する凹部分の高さに依存して、Ａ層に形成される貫通孔の径が変わってしまい、貫通孔径の精密な制御が困難である。また、突起構造が錐形状である場合、貫通孔のサイズに比べて円錐の底面積が大きく、突起を十分高密度に配置することが困難な場合が多い。突起を高密度に配置できないと、微細孔の密度が小さくフィルタなどの部材として使用する場合に十分な開口率が得られがたいことがある。

また、特許文献２および、特許文献３に示される凸部頂部の表面粗さを大きくしたり、凸部頂部の周辺部に突起を設けたりする型は、もともと金型の凸部の形状に応じて、成型品に凹形状の成形を行うためのものであり、この際に、凹部の下に形成される残膜部分を薄くすることで、次工程における残膜の除去を容易化して、凸部頂部の形状を成型品に転写することが目的である。すなわち、凸部頂部に設けた突起の形状により孔をあけるというものでは無く、従って、孔形状や配置が高精度に制御された、微小貫通孔を有する熱可塑性フィルムの製造に供せるものではなかった。

上記課題を解決する本発明の金型は、貫通孔を有する熱可塑性フィルムを製造するための金型であって、
板状基材と、
前記板状基材の一方の主面表面に形成された複数の第一の柱状突起と、
前記第一の柱状突起のそれぞれの柱の頂部面に形成された、第一の柱状突起の頂部面の面積よりも底面積の小さな複数の第二の柱状突起と、を有している。

本発明の貫通孔を有する熱可塑性樹脂フィルムの製造方法は、融点Ｔｍ１を有する熱可塑性樹脂Ｐ１を主たる成分とするＡ層、および、ガラス転移温度Ｔｇ２を有する熱可塑性樹脂Ｐ２を主たる成分とするＢ層が積層された積層構造体に対して、Ｔｍ１以上かつＴｇ２以上の温度まで加熱した本発明の金型を、Ａ層側から押し当てて、
前記金型の前記第一の柱状突起の頂部が前記Ａ層に挿入されるまで、かつ、前記金型の前記第二の柱状突起の頂部が前記Ｂ層に挿入されるまで、金型を前記積層構造体に挿入して、
第一の柱状突起に対応する凹部をＡ層に形成し、
第二の柱状突起に対応し、Ａ層に形成された前記凹部からＡ層とＢ層との境界まで達する貫通孔をＡ層に、この貫通孔に連通する凹部をＢ層に、それぞれ形成し、
前記積層構造体から前記金型を抜き取り、前記Ａ層から前記Ｂ層を剥離して、前記凹部と前記貫通孔とが形成されたＡ層からなる熱可塑性樹脂フィルムを得る。

本発明の貫通孔を有する熱可塑性フィルムは、熱可塑性樹脂フィルムの一方の面に開口する円相当直径１０〜５０μｍの柱状の凹部と、前記柱状の凹部の底面から前記熱可塑性樹脂フィルムの他方の面に達する複数の柱状の貫通孔と、を有している。

本発明によれば、高密度で、かつ孔径が高精度に制御された微小な貫通孔を有する、ハンドリング性にすぐれた貫通フィルムを製造することができる。

本発明の金型の構造について説明する概略図である。 本発明の熱可塑性フィルムの製造方法にかかる実施態様の一例を示したフロー図である。 本発明の金型およびフィルム製造方法によって得られる、貫通孔を有する熱可塑性フィルムの構造について説明する概略図である。 本発明の熱可塑性フィルムの製造装置の断面概略図である。 本発明の熱可塑性フィルムの製造装置の断面概略図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の金型の構造について説明する概略図である。

本発明における金型は、板状基材１の主面表面に形成された第一の柱状突起２と、第一の柱状突起２の頂部面に形成された複数の第二の柱状突起３とを有することを特徴とする。第一の柱状突起２と、その頂部面に形成された複数の第二の柱状突起３をあわせたものを、突起構造４と呼ぶ。

第一の柱状突起２の形状としては、底面直径が１０μｍ〜５０μｍ程度、好ましくは１５〜３０μｍ程度の円柱、略円柱のほか、底面積がこの円柱と同じ範囲である四角柱、六角柱、八角柱などとすることができる。第一の柱状突起の高さとしては、底面直径（底面が円でない場合は、底面積と等しい面積の円の直径、すなわち、円相当径）の１．２〜１０倍程度の高さが好ましく、好ましい高さとしては、２０〜１００μｍ程度である。ここで、第一の柱状突起２における高さを底面直径または円相当径で割ったものを第一の柱状突起のアスペクト比と呼ぶ。すなわち、アスペクト比は１．２〜１０程度が好ましい。第一の柱状突起の高さが低すぎると、成形時に十分貫通できない場合がある。また、第一の柱状突起の高さが高すぎると、強度が不足して、成形時や取扱の際に、第一の柱状突起が破損したり、折れ、曲がりが生じたりすることがある。

第二の柱状突起３の形状としては、底面直径が１００ｎｍ〜５μｍの円柱、略円柱のほか、底面積がこの円柱と同じ範囲である四角柱、六角柱、八角柱などとすることができる。第二の柱状突起の高さとしては、底面直径または底面の円相当径の１．２〜１０倍程度の高さが好ましく、好ましい高さとしては１〜１０μｍ程度である。ここで、第二の柱状突起３における高さを底面直径または円相当径で割ったものを第二の柱状突起のアスペクト比と呼ぶ。すなわち、アスペクト比は１．２〜１０程度が好ましい。第二の柱状突起の高さが低すぎると、成形時に第二の柱状突起の部分でなく、第一の柱状突起の部分で貫通してしまい、大きな孔になることがある。また、第二の柱状突起の高さが高すぎると、強度が不足して、成形時や取扱の際に、第二の柱状突起が破損したり、折れ、曲がりが生じたりすることがある。

第二の柱状突起、および第一の柱状突起において、その側面は完全に柱形状（テーパー角度が０°）でもよいが、０°より大きいテーパー角度をつけることも可能である。好ましいテーパー角度としては１〜５°、より好ましくは１〜３°である。テーパー角度が大きすぎると、貫通孔が成形される際に、金型のどの位置で貫通孔が形成されるかによって孔径が変化してしまい、高精度に孔径を制御することが困難となる場合がある。他方、テーパー角度が小さすぎたり、マイナステーパー（突起の底面より先端の方が太い）になっていたりすると、成形後に金型を離型する際の抜けが悪く、熱可塑性フィルムの孔周辺にバリを形成してしまうことがある。

１個の第一の柱状突起につき、第二の柱状突起を１個のみ設ける構成とした場合、第一の柱状突起および第二の柱状突起の形状が上に述べた範囲であれば、１個の第一の柱状突起につき、１個の微小孔をあけることが可能であるが、これは第一の柱状突起の配列周期でわずか１個の孔しかあけることができず、高密度な孔をあけることができないため、好ましくない。１個の第一の柱状突起につき、複数の第二の柱状突起を設けることにより、第一の柱状突起の配列周期以上の密度で孔をあけることができる、すなわち高密度に孔をあけることができることになる。１個の第一の柱状突起あたりの、第二の柱状突起の数は、２個以上であればよいが、３〜１９個が好ましい。 例えば、第一の柱状突起の頂部面中央に１個の第二の柱状突起を置き、その周囲に等間隔に６個の第二の柱状突起を置いて、計７個の第二の柱状突起とすれば、１個あたりの第一の柱状突起に効率的に多くの第二の柱状突起を配列することができ、高開孔率を実現するために好ましい。７個の第二の柱状突起の周囲に、さらに１２個の第二の柱状突起を並べて、計１９個の第二の柱状突起とした場合も、同様に１個の第一の柱状突起内に効率的に多くの第二の柱状突起を配列することができ、高開孔率を実現するために好ましい。また、正三角形状に配置するだけでなく、四角形状に均等に配置する、４、９、１６個などとすることも好ましい。

ただし、あまり多く配列し過ぎると、第一の柱状突起の径が大きくなりすぎ、第一の柱状突起により成形時にフィルムに形成される凹み部分が大きくなり、フィルムのコシがなくなる、破れやすくなるなどハンドリング性に影響を及ぼす場合がある。このように、高密度に孔をあけつつ、第二の柱状突起をあまり多く配列し過ぎない観点で、１個の第一の柱状突起あたりの第二の柱状突起の数は、３〜７個がより好ましい。 次に、このような金型を用いて、貫通孔を有する熱可塑性フィルムを製造する方法を述べる。

図２は本発明の熱可塑性フィルムの製造方法にかかる実施態様の一例を示したフロー図である。

最初に、図２（ａ）に示すように第１の層１１と第２の層１２が積層された積層構造体１０と、表面に本発明の突起構造２１を有する金型２０を準備する。金型２０の突起構造２１は、板状基材の主面表面に形成された第一の柱状突起２２と、第一の柱状突起の頂部面に形成された複数の第二の柱状突起２３とを有する。第１の層１１は融点Ｔｍ１を有する熱可塑性樹脂Ｐ１を主たる成分とし、第２の層１２はガラス転移温度Ｔｇ２を有する熱可塑性樹脂Ｐ２を主たる成分とする。

ここで、各層に含まれる各熱可塑性樹脂の割合としては、各層全体をそれぞれ１００質量％としたときに熱可塑性樹脂を６０質量％以上含むことが好ましい。さらには、８０質量％以上含むことがより好ましい。また各層には、熱可塑性樹脂Ｐ１または熱可塑性樹脂Ｐ２以外に、成形性や離型性を付与するための添加物やコーティング成分が含まれていてもよい。なお、上限値は特に限定されるものではないが、１００質量％が実質的な上限となる。

また、第１の層と第２の層との界面は剥離が可能であることが好ましい。また、本実施態様では第１の層と第２の層の２層積層構成を説明しているが、第２の層を挟んで第１の層と反対側に別の層を設けてもよい。

積層構造体とは、異なる成分を含む層が２層以上積層された構造体をいう。なお、積層構造体はロールツーロールで搬送される連続体フィルムであってもよいし、枚葉体シートであってもよい。

ガラス転移温度とは、ＪＩＳ Ｋ ７２４４（２００７）に記載の方法に基づいた方法により、試料動的振幅速さ（駆動周波数）は１Ｈｚ、引張りモード、チャック間距離５ｍｍ、昇温速度２℃／分での温度依存性（温度分散）を測定したときに、ｔａｎδが極大となる温度のことである。

また、本発明でいう融点とは示差走査熱量測定（Differential scanning calorimetry、以下、ＤＳＣと略す）により得られる、昇温過程（昇温速度：２０℃／分）における融点Ｔｍであり、ＪＩＳ Ｋ ７１２１（１９９９）に基づいた方法により、２５℃から３００℃まで２０℃／分の昇温速度で加熱（１ｓｔＲＵＮ）、その状態で５分間保持し、次いで２５℃以下となるよう急冷し、再度室温から２０℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温を行って得られた２ｎｄＲｕｎの結晶融解ピークにおけるピークトップの温度のことである。

本発明では、表面に突起構造２１を有する金型２０を加熱しておくことが好ましい。加熱は金型がＴｍ１以上かつＴｇ２以上の温度範囲となるように行うことが好ましい。加熱は金型と積層構造体が接触している状態で行ってもよい。接触させておくことにより、積層構造体の平面性を良好な状態で保持させておくことができる。

なお、金型の加熱温度の上限値は限定されるものではないが、熱可塑性樹脂Ｐ１の熱分解点以下であり、かつ、熱可塑性樹脂Ｐ２の熱分解点以下であることが好ましい。

次に、図２（ｂ）に示すように、積層構造体１０の第１の層１１の表面に、加熱した状態の突起構造２１が接触するように金型２０を加圧して押し当てることが好ましい。加圧されることにより、突起構造２１が適正な高さを有すれば、図２（ｃ）に示すように、突起構造２１の第一の柱状突起２２の頂部が第１の層１１に挿入され、かつ、第二の柱状突起２３が第１の層１１を突き抜けて、第二の柱状突起２３の頂部が第２の層１２に挿入される。

この時の必要な圧力と加圧時間はフィルムの材質、転写形状、特に凹凸のアスペクト比に依存するものであり、概ねプレス圧力の好ましい範囲は１〜１００ＭＰａ、成形時間の好ましい範囲は０．０１〜６０秒である。プレス圧力のより好ましい範囲は１０〜８０ＭＰａであり、さらに好ましい範囲は３０〜６０ＭＰａである。また、成形時間のより好ましい範囲は１〜５０秒であり、さらに好ましい範囲は３〜３０秒である。

また、位置制御によって金型２０を積層構造体１０に押し当ててもよい。すなわち、あらかじめ設定された位置に金型２０を移動させて積層構造体１０に押し当ててもよい。あらかじめ設定された位置とは、金型の突起構造２１の第一の柱状突起２２の頂部が第１の層１１に挿入され、かつ、第二の柱状突起２３が第１の層１１を突き抜けて、第二の柱状突起２３の頂部が第２の層に挿入される位置のことである。

なお、昇圧後に金型の位置を保持したまま除圧して金型２０と積層構造体１０の接触状態を保持してもよい。

次に、図２（ｃ）に示すように、加圧した状態または接触した状態を保持したままで、金型を冷却することが好ましい。冷却は第２の層を構成する熱可塑性樹脂Ｐ２のガラス転移温度Ｔｇ２以下まで行うことが好ましい。Ｔｇ２以下まで冷却することにより、金型２０を積層構造体１０から剥離した後での樹脂変形を抑制することができ、精度の高い孔形状を形成できるため好ましい。

次に、図２（ｄ）に示すように、積層構造体１０を金型２０から剥離する。剥離は、積層構造体の表面に対して垂直方向に金型や積層構造体を離間するように移動させることが好ましい。積層構造体が連続体のフィルムの場合には連続的に積層構造体の表面に対して垂直方向に張力を与えて、線状の剥離位置が連続的に移動するようにして剥離することが好ましい。これにより、第１の層１１に貫通孔１３が形成され、第２の層に貫通孔に連通する凹部１４が形成される。

最後に、図２（ｅ）に示すように、第２の層１２を第１の層１１から剥離する。剥離は、第１の層または第２の層の表面に対して垂直方向に第１の層または第２の層に張力を与えて、線状の剥離位置が連続的に移動するようにして剥離することが、剥離跡を抑制する観点から好ましい。

このようにして、第１の層１１からなる、高精度に形状が制御された微細貫通孔を有するフィルムが得られる。

上記の製造方法において、第１の層１１は成形時には溶融状態であるので、突起構造２１を押し付けたときの第１の層は粘性材料に近い挙動で塑性変形を引き起こす。さらに、突起構造２１が押し込まれた時に、第２の層１２では粘弾性変形を引き起こし、第２の層１２の内部に突起構造２１がスムーズに進入できるので、開口部端面でのバリの少ない貫通孔が形成される。

このような第１の層１１の塑性変形および第２の層１２の粘弾性変形を引き起こすために、突起構造２１を表面に有する金型２０を加熱する温度Ｔは、Ｔｍ１以上、かつ、Ｔｇ２以上とすることが好ましい。また、金型２０の加熱温度Ｔは、Ｔｇ２より５〜６０℃高いことが好ましい。Ｔｇ２と金型２０の加熱温度Ｔとの差が５℃より小さいと、第２の層１２の変形に大きな力を必要とするため、第２の層１２と金型２０との間に第１の層１１の残膜が残りやすく、分断が不十分となる場合がある。逆に、Ｔｇ２と金型２０の加熱温度Ｔとの差が６０℃より大きいと、金型２０の表面が第２の層１２に達するまでに第２の層１２の変形が始まってしまい、第２の層１２の変形部に第１の層１１が食い込みやすくなるため、第２の層１２の表面が平らになり難い場合がある。

第２の層１２にこのような粘弾性変形を引き起こすために適正な温度Ｔにおいて、第１の層１１の塑性変形を引き起こすために、第１の層１１に含まれる熱可塑性樹脂Ｐ１の融点Ｔｍ１と第２の層１２に含まれる熱可塑性樹脂Ｐ２のガラス転移温度Ｔｇ２との差である（Ｔｍ１−Ｔｇ２）が−３０〜＋６０℃であることが好ましい。より好ましくは、−１０〜０℃である。−３０℃未満では開口の寸法精度が低下する場合がある。＋６０℃より高くなると第２の層１２の凹部１３の開口部が変形する場合がある。

すなわち、成形時において第２の層は一定の範囲の固さであることが、第１の層１１と第２の層１２の界面の良好な平面性と、開口部でバリの抑制された高精度な貫通孔成形を両立する上で好ましい。

また、成形時の金型２０の温度Ｔにおける第２の層に含まれる樹脂の貯蔵弾性率が０．００５〜０．５ＧＰａ、さらに好ましくは、０．０１〜０．１ＧＰａの範囲であることにより、第１の層１１と第２の層１２の界面の平面性と、貫通孔の形状精度をより高めることができる。０．００５ＧＰａ未満では、第１の層１１と第２の層１２の界面の平面性が低下し、第１の層１１が貫通されなかったり、貫通孔の形状が変形しやすくなったりする場合がある。一方、０．５ＧＰａより大きいと、第２の層１２で変形しにくくなり、金型２０の突起構造２１が第２の層１２の奥まで挿入されず、所定の形状精度の貫通孔成形が難しくなる場合がある。

本発明においては、突起構造２１を表面に有する金型をＴｍ１以上、かつ、Ｔｇ２以上の温度に加熱するため、Ｔｍ１がＴｇ２より低い場合には、金型加熱温度ＴとＴｍ１との差を、金型加熱温度ＴとＴｇ２との差より大きくできる。このようにすれば、第２の層１２の変形を抑える目的で金型加熱温度ＴとＴｇ２との差が小さい条件をとった場合であっても、金型加熱温度ＴとＴｍ１との差を１５〜８０℃と大きくでき好ましい。これは、金型加熱温度ＴがＴｍ１に比べて十分大きい方が、第１の層１１の粘性がより低下して、スムーズな成形を行えるためである。

第１の層１１を構成する熱可塑性樹脂Ｐ１の主たる成分としては、具体的には、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂が金型の離型性が良いので好ましく用いられる。なお、主たる成分とは第１の層を構成する樹脂全体を１００質量％としたときに５０質量％以上を占める成分をいう。なお、主たる成分は６０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましい。

第２の層１２を構成する熱可塑性樹脂Ｐ２の主たる成分としては具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステルアミド系樹脂、ポリエーテルエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、またはポリ塩化ビニル系樹脂などが好ましく用いられる。

特に好ましくは、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートである。これらは単体で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。なお、主たる成分とは第２の層を構成する樹脂全体を１００質量％としたときに５０質量％以上を占める成分をいう。なお、主たる成分は６０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましい。

本発明において、熱可塑性樹脂Ｐ２はポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートであることが好ましい。特に好ましくは、ポリメタクリル酸メチルである。ポリメタクリル酸メチルまたはポリカーボネートを用いることによって、貫通孔に連通する凹部を精度良く成形することが可能となるため好ましい。

第１の層１１や第２の層１２は上述の樹脂の単体からなる層であっても構わないし、複数の樹脂層からなる積層体であってもよい。この場合、単体の層と比べて離型性や耐摩擦性などの表面特性等を付与することができる。このように複数の樹脂層からなる積層体とした場合でも、第１の層１１および第２の層１２の各層において、主たる熱可塑性樹脂成分が前述の要件を満たせばよい。

また、第１の層１１および第２の層１２の製造方法としては、熱可塑性樹脂を溶融押出により製膜するのがよく、共押し出ししてフィルム状に加工する方法や、第２の層１２の製膜後に第１の層１１をコーティングするなどの方法としてもよい。また、単膜で作製した第２の層１２の原料からなるフィルムに第１の層１１の原料を押出ラミネートする方法を用いてもよい。また、第１の層１１と第２の層１２との積層は、ロールで挟圧してラミネートする方法の他、加熱されたロールなどにより熱ラミネートする方法等も適用でき、このようにラミネートした場合には、後工程における剥離が容易となりやすく特に好適である。

さらに、本発明に適用するフィルムには、重合時または重合後に各種の添加剤を加えることができる。添加配合することができる添加剤の例としては、例えば、有機微粒子、無機微粒子、分散剤、染料、蛍光増白剤、酸化防止剤、耐候剤、帯電防止剤、離型剤、増粘剤、可塑剤、ｐＨ調整剤および塩などが挙げられる。特に、離型剤として、長鎖カルボン酸、もしくは長鎖カルボン酸塩、などの低表面張力のカルボン酸やその誘導体、および、長鎖アルコールやその誘導体、変性シリコーンオイルなどの低表面張力のアルコール化合物等を重合時に少量添加することが好ましく行われる。

また、本発明に適用される第１の層１１の厚みとしては１〜５０μｍが好ましく、より好ましくは５〜２０μｍである。１μｍ未満ではハンドリングするのが困難となる場合がある。また、５０μｍより大きい場合、貫通孔形成時に金型の第二の柱状突起の先端温度が変化しやすく、貫通時に端面にバリが発生しやすくなる場合がある。

このようにして得られる、貫通孔を有する熱可塑性フィルムの構造について述べる。
図３は、本発明の金型およびフィルム製造方法によって得られる、貫通孔を有する熱可塑性フィルムの構造について説明する概略図である。これは、第２の層１２を第１の層１１から剥離した後の第１の層１１の部分である。図３（ａ）は第１の層１１からなる貫通孔を有する熱可塑性フィルムを、第２の層と積層されていた面側からみた概略図であり、図３（ｂ）は第１の層１１からなる貫通孔を有する熱可塑性フィルムを金型を押し当てた面側から見た概略図である。

図３（ａ）に示すように、この貫通孔を有する熱可塑性フィルムは、第２の層と積層されていた面に第二の柱状突起の外形に相当する微小な柱状の貫通孔３３を有し、図３（ｂ）に示すように、その反対の面（金型を押し当てた面）に、第一の柱状突起の外形に相当する柱状の凹み部３４を有する。柱状の凹み部３４には、図３（ａ）に示される微小な柱状の貫通孔３３が連通していることになる。

このようにして得られた貫通孔を有する熱可塑性フィルムは、全体厚み（すなわち柱状の凹み部３４部の厚みと微小な柱状の貫通孔３３部の厚みの和）に比べて、微小な柱状の貫通孔３３部の厚みが十分薄いことを特徴とする。このようなフィルムをフィルタとして使用する場合、フィルタ全体のハンドリング性は、総厚みおよび平均厚みに依存することから、ハンドリング性が良好である。他方、フィルタの圧力損失は、貫通微細部の長さ（厚み）に依存する。すなわち、このようなフィルムをフィルタとして使用することで、同じ総厚みで、全厚みにわたって微細孔だけがあいている場合に比べて大幅に圧力損失を低減することが可能である。もしくは、このようなフィルムをフィルタとして使用することで、本発明の微小な柱状の貫通孔の厚さしかないごく薄い厚みのフィルタと比べて、圧力損失はほぼ同じながら、大幅にハンドリング性を高めることが可能であり、好ましい。

本発明の金型の材質は、強度と熱伝導率が高い金属が好ましく、例えばニッケルや鋼、ステンレス鋼、銅などが好ましい。また、外表面に加工性を向上させるために鍍金を施したものを使用してもよい。

本発明の金型の作成方法は、金属表面に直接切削やレーザー加工や電子線加工を施工する方法、金属表面に形成した鍍金皮膜に直接切削やレーザー加工や電子線加工を施工する方法、これらに電気鋳造を施す方法などが挙げられる。また、液状レジストを基板の上に塗布またはフィルム状レジストを基板の上に貼付した後、フォトリソグラフィー手法によって所定のパターンニングでレジストに凹部を形成し、電気鋳造でその反転パターンを得る方法などが挙げられる。フォトリソグラフィーによる方法においては、一旦レジストを基板の上に塗布または貼り合わせし、フォトリソグラフィーによってまず第二の柱状突起の形状と凹凸が反転した凹み部を形成、硬化させた後、その上にさらにレジストを塗布または貼り合わせし、第一の柱状突起の形状と凹凸が反転した凹み部を形成、硬化させ、それを電気鋳造で反転させる方法が挙げられる。また、シリコンなどを異方性エッチングすることによりパターンを得ることもできる。

本発明の微小な貫通孔を有するフィルムは、例えば図４および図５に示すような装置を介したプロセスによって製造することが可能である。図４、図５は、第１の層と第２の層の積層からなるフィルム状積層構造体に貫通孔を形成するための製造装置の断面概略図を示している。

図４に示す例では、あらかじめ第１の層４０ａからなるフィルムと第２の層４０ｂからなるフィルムを積層した積層構造体４０を巻出ロール４１から引き出す巻出ユニット４２と、積層構造体に貫通孔を形成する加圧転写工程用のプレスユニット４４と、加圧転写工程で金型４３に貼り付いた積層構造体４０を金型４３から剥離する剥離手段４５と、積層構造体４０を巻き取りロール４６に巻き取る巻き取りユニット５０とにより構成される。積層構造体に貫通孔を形成する加圧転写工程用のプレスユニット４４において、金型４３を、間欠的に送られてくる積層構造体４０に押し付けて加圧し、その後、接触状態を保持したまま冷却する。金型４３は表面に第一の柱状突起と第一の柱状突起の頂部面に形成された複数の第二の柱状突起からなる突起構造を有し、これにより、積層構造体４０の第１の層４０ａに第二の柱状突起に相当する径の柱状貫通孔および第一の柱状突起に相当する柱状の凹み部が形成され、同時に第２の層４０ｂには柱状貫通孔に連通する凹み部が形成される。

剥離手段４５は、積層構造体４０をＳ字状に抱き付かせるように把持する一対の平行配置ロールからなる。間欠的に送られてきた積層構造体４０の一面がプレスユニット４４内で金型４３によって熱成形され、熱成形後に、上記剥離手段４５が上流側に向けて移動されることにより、金型４３に貼り付いていた積層構造体４０が金型４３から順次剥離されるようになっている。

なお、図４において、４７は加圧プレート、４８、４９は積層構造体４０の金型４３部分における間欠搬送を円滑に行わせるために設けられたバッファ手段を示している。このようなプロセスにより、貫通孔を有するフィルムを間欠的に高い生産性をもって行うことが可能になる。

図５に示す例では、第１の層を構成するフィルム６１と第２の層を構成するフィルム６２が各巻出ロール６３、６４から引き出され、ラミネート装置６５により積層構造体６０が形成される。その後、積層構造体６０は、加熱ロール６６により加熱された、外表面に突起構造を有するエンドレスベルト状の金型６７上に供給される。

金型６７の外表面の突起構造は、第一の柱状突起およびその頂部面に形成された複数の第二の柱状突起からなり、金型６７は、積層構造体６０と接触する直前に加熱ロール６６によって加熱される。連続的に供給される積層構造体６０はニップロール６８により金型６７の突起構造を有する表面に押し付けられ、積層構造体の第１の層を構成するフィルム６１に第二の柱状突起に相当する径の柱状貫通孔および第一の柱状突起に相当する径の柱状凹み部が形成されるとともに、第２の層を構成するフィルム６２に貫通孔に連通する凹み部が形成される。

その後、積層構造体６０は、金型６７の表面と密着された状態で冷却ロール６９の外表面位置まで搬送される。積層構造体６０は、冷却ロール６９によって金型６７を介して熱伝導により冷却された後、剥離ロール７０によって金型６７から剥離され、巻取ロール７１に巻き取られる。

このようなプロセスにより、貫通孔を有するフィルムを高い生産性を持って熱成形していくことが可能になる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ガラス板に厚さ５μｍのＤＦＲフィルムを貼り合わせ、露光・現像により、φ３μｍの穴をもうけた。穴は６μｍピッチで、中央の１個の穴のまわりに、等間隔に６個の穴がならぶ配列とし、この（中央１個とまわりの６個をあわせた）７個の穴が５０μｍピッチの正三角配列で並ぶ形とした。この上からさらに厚さ３０μｍのＤＦＲフィルムを貼り合わせ、露光・現像によりφ３μｍの中央の穴と同じ位置を中心とするφ２５μｍの穴を、５０μｍピッチの正三角配列であけた。

このレジストを硬化させたのちに、電気鋳造を行う事で、以下の形状の電鋳金型を得た。
第一の柱状突起の径 φ２５μｍ
第一の柱状突起の高さ ３０μｍ
第二の柱状突起の径 φ３μｍ
第二の柱状突起の高さ ５μｍ。

（実施例２）
実施例１の金型を用い、貫通孔を有するフィルムの成形を行った。

フィルム基材としては、ポリプロピレンを９９．９重量％含有するポリマー（融点が１４４℃）からなる厚み１５μｍのフィルムを第１の層とし、ポリカーボネートを９９．９重量％含有するポリマー（ガラス転移温度が１６０℃）からなる厚み７５μｍのフィルム第２の層としたものを用いた。

成形装置は図４に示すような装置を適応した。プレスユニットは油圧ポンプで加圧される機構で、内部に加圧プレートが上下に２枚取り付けられ、それぞれ、加熱装置、冷却装置に連結されている。金型は下側の加圧プレートの上面に設置される。また、金型に貼りついたフィルムを剥離するための剥離手段がプレスユニット内に設置されている。

成形時の金型温度は１６５℃とし、加圧力としては全面で１ＭＰａの圧力がかかるようにした。加圧時間としては３０秒であった。また、剥離時の金型温度は８０℃であった。剥離したフィルムを下流側の巻き取り装置側に送り出し、第１の層と第２の層とを剥離し、各々巻き取った。

成形したフィルム（第１の層のフィルム）を観察したところ、第２の層との積層面に、φ３μｍの柱状貫通孔が確認された。またこの反対面には、φ２５μｍの柱状凹み部が確認され、この柱状凹み部にφ３μｍの柱状貫通孔が連通していることを確認できた。

１ 板状基材
２ 第一の柱状突起
３ 第二の柱状突起
４ 突起構造
１０ 積層構造体
１１ 第１の層
１２ 第２の層
１３ 貫通孔
１４ 凹み部
２０ 金型
２１ 突起構造
２２ 第一の柱状突起
２３ 第二の柱状突起
３３ 柱状の貫通穴
３４ 柱状の凹み部
４０ 積層構造体
４０ａ 第１の層
４０ｂ 第２の層
４１ 巻出ロール
４２ 巻出ユニット
４３ 金型
４４ プレスユニット
４５ 剥離手段
４６ 巻き取りロール
４７ 加圧プレート
４８ バッファ手段
４９ バッファ手段
５０ 巻き取りユニット
６０ 積層構造体
６１ 第１の層を構成するフィルム
６２ 第２の層を構成するフィルム
６３ 巻出ロール
６４ 巻出ロール
６５ ラミネート装置
６６ 加熱ロール
６７ 金型
６８ ニップロール
６９ 冷却ロール
７０ 剥離ロール
７１ 巻取ロール

Claims (7)

1. 貫通孔を有する熱可塑性フィルムを製造するための金型であって、
   板状基材と、
   前記板状基材の一方の主面表面に形成された複数の第一の柱状突起と、
   前記第一の柱状突起のそれぞれの柱の頂部面に形成された、第一の柱状突起の頂部面の面積よりも底面積の小さな複数の第二の柱状突起と、を有する金型。
2. 前記第一の柱状突起のそれぞれに、前記第二の柱状突起が３〜７個形成された、請求項１の金型。
3. 前記第一の柱状突起のアスペクト比が１．２〜１０である、請求項１または２の金型。
4. 前記第二の柱状突起のアスペクト比が１．２〜１０である、請求項１〜３のいずれかの金型。
5. 前記第二の柱状突起の底面の円相当直径が１００ｎｍ〜５μｍである、請求項１〜４のいずれかの金型。
6. 融点Ｔｍ１を有する熱可塑性樹脂Ｐ１を主たる成分とするＡ層、および、ガラス転移温度Ｔｇ２を有する熱可塑性樹脂Ｐ２を主たる成分とするＢ層が積層された積層構造体に対して、Ｔｍ１以上かつＴｇ２以上の温度まで加熱した請求項１〜５のいずれかの金型を、Ａ層側から押し当てて、
   前記金型の前記第一の柱状突起の頂部が前記Ａ層に挿入されるまで、かつ、前記金型の前記第二の柱状突起の頂部が前記Ｂ層に挿入されるまで、金型を前記積層構造体に挿入して、
   第一の柱状突起に対応する凹部をＡ層に形成し、
   第二の柱状突起に対応し、Ａ層に形成された前記凹部からＡ層とＢ層との境界まで達する貫通孔をＡ層に、この貫通孔に連通する凹部をＢ層に、それぞれ形成し、
   前記積層構造体から前記金型を抜き取り、前記Ａ層から前記Ｂ層を剥離して、前記凹部と前記貫通孔とが形成されたＡ層からなる熱可塑性樹脂フィルムを得る、貫通孔を有する熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
7. 熱可塑性樹脂フィルムの一方の面に開口する円相当直径１０〜５０μｍの柱状の凹部と、前記柱状の凹部の底面から前記熱可塑性樹脂フィルムの他方の面に達する複数の柱状の貫通孔と、を有する貫通孔を有する熱可塑性フィルム。

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