JP3298887B2 - レーザー加工複製工具 - Google Patents

レーザー加工複製工具

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は複製工具に関する。特に、本発明は構成され
た物品の複製に有用なレーザー加工された複製工具に関
する。
発明の背景 複製工具は数種の異なった技術によって生産されてき
た。これらの技術は例えば、機械加工と化学的な処理と
を含んでいる。機械加工は針で切断するか又は物質にマ
イクロドリリング（微小穴あけ）することにより行われ
る。このような機械加工を行う装置は、手動で、又は機
械的に、あるいは電子的に、制御される。これらの装置
はその品質に依存して、光学級の精密度で表面をつくり
出すことができる。米国特許第4,938,563号（ネルソン
他）はマスター工具又は型（親工具又は型）の平らな金
属表面に切込むためのダイヤモンド針の使用を開示して
いる。米国特許第4,959,265号（ウッド他）はマイクロ
ドリルを用い感圧接着テープファスナーの裏打ちのため
の型を形成することを開示している。米国特許第5,077,
870号（メルビー他）はマイクロドリルを用い機械的フ
ァスナーのためのきのこ型フックストリップをつくり出
すのに用いられる金属型を形成することに関するもので
ある。これらの方法は全てに対し遅いが最も簡単な複製
であると考えられている。さらに、針とドリルビットの
取替えは高価であり機械加工の費用が加わる。
微小構造の工具の生産の他の方法は、ピン又はロッド
のような尖らせた又は型に合わせて作った構造を用い米
国特許第3,235,438号（ウィソツキー）に記載されてい
るような比較的柔軟な媒体に押し入れることに関するも
のである。米国特許第3,235,438号にまた微小複製成形
又は細工の生産に対する通常の多段階的な手段を示して
いる。最初の陰型が構造体を比較的柔かい媒体に押し込
むことにより作られる。中間の陽マスター型が最初の陰
型から作られ次にこれらの陽型が相互に接合され大きな
陽型を形成する。大きな陰型がついで大きな陽型からつ
くり出され、次に複製された物品をつくり出すのに用い
られる。最後の陰型の作製は著しい時間と費用を必要と
する。
ある種の微小複製の適用は高価な生産装置の使用を必
要とする光学特性の表面を必要としている。しかし、精
密に製造された物品表面が必要とされないので光学特性
の加工装置を要しない多数の用途が存在する。
レーザーが、フィルター、商品用飾り板、ゴム印、及
び刷込み型のようなある種の完成物品を機械加工するの
に用いられてきたが、レーザーは型又は複製工具を作る
のには用いられなかった。
発明の概要 本発明は、レーザー光線源で基材の表面を機械加工し
基材表面から基材の中へと延びる側面を有する少なくと
も１つの幾何学形状の構造をつくり出すことにより、複
製された物品を製造するのに適した微小複製マスター工
具を製造する方法に関するものである。
本発明はまた、可撓性の単一の基材の表面を機械加工
し基材の中に延びる側面を有する少なくとも１つの幾何
学形状の構造をつくり出すことにより複製された物品を
製造するのに適した微小複製マスター工具を製造し、前
記基材が前記マスター工具から複製された物品をつくり
出す構造手段を提供するような、微小複製マスター工具
の製造方法に関するものである。
本発明はさらに、可撓性基材の表面をレーザー光源で
機械加工し基材表面から基材の中へと延びる側面を有す
る複数の幾何学形状の構造をつくり出すことにより複製
物品を製造するのに適した微小複製マスター工具を製造
する方法に関する。
本発明はまた、可撓性工具基材をレーザー光源で機械
加工し可撓性基材に少なくとも１つの幾何学形状の構造
をつくり出すことにより微小複製マスター工具から物品
を製造する方法に関する。成形可能な材料が基材表面と
少なくとも１つの幾何学形状の構造とに塗布される。こ
の成形可能な材料は軟化され工具の複製された物品をつ
くり出し、そして複製された物品が工具から取外され
る。
本発明はさらに上記の方法で製造される物品に関す
る。さらに、本発明は製造された物品から複製された物
品に関する。
本発明は、レーザー光源により形成された基材の中に
延びる複数の幾何学形状の構造を有する可撓性基材を含
んでいる微小構造の配列を複製するのに適した複製マス
ター工具として用いることのできる物品に関する。
図面の簡単な説明 本発明は図面を参照して以下にさらに説明される。
図１は微小複製工具製造装置の概略斜面図である。
図２は成形可能な材料を図１の装置で製造されたマス
ター微小複製工具の上に押出す方法の図解図である。
図３は図１の装置により製造されたマスター微小複製
工具の断面図で、工具の表面に塗布され工具の複製物を
つくり出す成形可能材料を一部取外したところを示す。
図４は幾何学形状の構造が傾斜した管状構造である図
１の装置により製造された微小複製マスター工具の断面
図である。
図５は大きな円錐台形又は管状の吸引カップ形状を有
する微小複製工具からつくり出された複製物品の切断側
面図である。
図６は図５に示される複製物品から突出する幾何学形
状の構造の頂面図である。
図７は小さな円錐台形又は管状の吸引カップの幾何学
形状を有する微小複製工具からつくり出された複製物品
の切断側面図である。
図８は図７に示される複製物品の頂面図である。
図９は曲がった多数の突起の幾何学形状の構造を有す
る微小複製工具からつくり出された複製物品の切断前面
図である。
図10は図９に示される複製物品の切断側面図である。
図11は図９と10に示される複製物品の頂面図である。
図12は広く角度がつけられ分離された多数突起の幾何
学形状の構造を有する、微小複製工具からつくり出され
た複製物品の切断前面図である。
図13は図12に示される複製物品の切断側面図である。
図14は図12と13に示される複製物品の頂面図である。
図15は“からすの足”構造を有する微小複製工具から
つくり出された複製物品の切断前面図である。
図16は図15に示される複製物品の切断側面図である。
図17は図15と16に示される複製物品の頂面図である。
図18は鋭角の山形帯図形形状を有する微小複製工具か
らつくり出された物品の切断前面図である。
図19は図18に示される複製物品の切断側面図である。
図20は山形帯形状が独立し相互に連結されている図18
と19の複製物品の頂面図である。
図21は鋭角の山形帯形状が相互に連結された複製物品
の頂面図である。
図22は山形帯形状が異なった方向に向けられた複製物
品の頂面図である。
図23は山形帯形状の幾何学形状の構造が実質的に直角
の形状を有している微小複製工具からつくり出された物
品の切断前面図である。
図24は図23に示される複製物品の切断側面図である。
図25は図23と24の複製物品の頂面図である。
図26は幾何学形状の構造が単一の突起である微小複製
工具からつくり出された複製物品の切断側面図である。
図27は図26の複製物品の頂面図である。
図28は幾何学形状の構造が異なる高さの傾斜した突起
である微小複製工具からつくり出された物品の切断前面
図である。
図29は図28に示される複製物品の切断側面図である。
図30は図28と29の複製物品の頂面図である。
理想化されたこれらの図は一定比率で描かれたもので
はなく単なる説明のためであり限定されないことを意図
するものである。
例示的な実施態様の詳細な記載 本発明は非光学特性に構成された表面を複製するのに
用いられる複製工具物品に関する。本発明の複製工具は
微視的な適用と巨視的な適用との両方に用いることがで
きる。本出願全体にわたって微小複製マスター工具に対
する説明は大きなマスター工具に置換えることのできる
ことが理解されるべきである。図１は微小複製マスター
工具製造装置30を示している。微小複製工具装置30は一
般に、レーザー光源32とテーブル36又は他の適当な支持
構造のような、好ましくは可動の表面上に位置する基材
34とを具備している。テーブル36は５個の軸位置、X,Y,
Z軸と回転方向とに、コンピュータのような制御手段38
により動かされ、基材34をレーザー光源32の下側で異な
る姿勢と位置に位置させるようにする。これに代え、レ
ーザー光源32からのレーザービームが５軸方向に動かさ
れるようにすることもできる。レーザー光源32の下での
テーブル36の運動は基材34の内部に異なった幾何学形状
をつくり出す。
レーザー光源32は基材34と良く相互に作用する任意の
型のレーザーとすることができる。二酸化炭素（CO2）
レーザーが好ましいが、その理由はCO2レーザーは多く
の基材と良好に結合しまた安価であるからである。好ま
しくは、10ワットから1000ワットのCO2レーザー、さら
に好ましくは50から300ワットのCO2レーザーが用いられ
る。しかし、他のレーザー又はエクサイマーレーザーの
ような基材の材料と結合する高エネルギー源を用いるこ
とができる。パルス間隔、電力、パルス長さ、モード、
波長、空洞圧力、供給速度、ガス混合物、レンズの選
択、及びレーザー源の離隔距離又は焦点のようなパラメ
ータは、基材34に必要とされる高価又は構造によって変
えることができる。レーザー光源32からのレーザー光源
又はエネルギーは迅速かつ効果的に機械加工し、すなわ
ちマスター複製型又は工具44の所望の最終用途に適した
変化する深さで基材34を切断し穴あけし空洞をつくる。
レーザー光源32は手動で、電子的に、又はコンピュー
タのような制御手段40により自動的に制御される。制御
手段40はテーブル36を動かすのに用いられる同じ制御手
段とすることができ、又は別の手段とすることができ
る。焦点を合わしていないレーザー光線がレーザー光源
の焦点を合わせる手段（集束手段）42を通過して基材34
に達する。レーザー光源32の集束手段42は基材34に向っ
て発せられるレーザーエネルギーを制御し又は形を作
る。集束手段42は好ましくはレーザー光線の変化する焦
点長さに適合する。例えば1.5インチ（3.81cm）の非球
面レンズを用いることができる。
基材34は微小複製マスター型又は工具物品44として用
いられ微小構成の配列又は表面からなる複製物品をつく
り出すようにする。基材34は好ましくは、変化する温
度、圧力、溶剤、化学薬品、材料の溶融に基づく分布、
及びマスター工具44を用いて生産される物品の製造に伴
う硬化中の放射に、耐えることのできる任意の適当な材
料からなっている。さらに、マスター工具基材34は好ま
しくは耐久性があり、変形可能で、良好な解放能力を有
し、レーザー光源からレーザー光線を満足のいくように
受け取り、そして屈撓自在である。マスター工具44を構
成する好適な基材34は、長期にわたって熱的に安定した
ゴム材料であり、そしてさらに好ましくは架橋結合され
た熱硬化性材料からなっている。最も好適な基材は、ゼ
ネラルエレクトリック会社から入手可能のような、ASTM
D−2000等級FC,FE,GE、に従う異なった等級のポリシロ
キサン（シリコン）ゴムである。
他の材料もまたマスター工具44のための基材として用
いることができ、イー．アイ．ジュポン デネモア会社
により商標名テフロンのもとに市販される製品、天然ゴ
ム、フルオロ−エラストマー、及び熱可塑性プラスチッ
クのような変形可能で可撓性の材料と、木材、セラミッ
ク、ガラス及び鋼、銅、鉛、アルミニウムその他を含む
異種金属のような材料とを含んでいる。これらの基材の
材料ははく離剤が塗布され又ははく離剤内部に結合され
複製された物品の取外しを助けるようにする。レーザー
エネルギーはこれら基材と相互に作用することが知られ
ている。これら基材の機械加工から生じる得られた幾何
学形状の構造はシリコンゴムの基材における幾何学形状
の構造と同じように良くは区画形成されないが、これら
の構造は多くの非光学特性の用途にとっては受け容れら
れるものである。さらに、これら材料で作られた工具44
からの基材の材料の取外しはシリコンゴムの基材からの
ように容易かつ完全には行われない。
基材34は微小複製マスター工具44の所望の用途に応
じ、変わった形状と大きさにすることができる。例え
ば、基材34は図１に示すように実質的に平らな板からな
り、又は図２に示されるようにドラムもしくは円筒体の
周りに巻かれることもできる。好ましくは、微小複製マ
スター工具44は、複製マスター型として用いるのに先だ
って相互に接合する必要のない一体の単一部材の基材34
である。また、微小複製マスター工具44は単一層の基材
34又は１つの材料もしくは層とした材料の組合せからな
る多層基材34で構成することができる。基材34の表面46
は、平面又は起伏し予め溝をつけた表面を含む非平面と
することができ、実質的に連続している。この非平面の
表面はまた裸眼で容易に識別できる、より大きな微小構
造にレーザーで機械加工されている。好ましくは、基材
34の表面46は実質的に平らである。
図１を参照すると、レーザー光源32からのレーザー光
線は基材34を機械加工し微小複製マスター工具44をつく
り出すのに用いられる。追加の機械加工又はエッチング
工程がまたマスター工具44上で行われる。図３を参照す
ると、基材34の表面46はレーザー光源32により機械加工
され実質的に連続した表面46から１つ又は複数の凹んだ
空洞48を区画形成する壁部分をつくり出す。空洞48は表
面46から基材34の中に延びる側部表面を有する種々の幾
何学形状の構造を含んでいる。レーザー光線は基材34に
一回接触し１つもしくは複数の空洞48をつくり出し又は
同じ空洞48を何回も打ち様々な幾何学形状をつくり出
す。この幾何学形状の構造は、レーザービームと基材34
の表面46との相対位置に応じて、工具44の表面46に対し
て異なった角度で傾斜される。さらに、レーザービーム
は分割され変わった幾何学形状をつくり出し及び／又は
向け直されて基材34に対して異なる角度で交差させるよ
うにする。これに代え、レーザー光線は基材に到達する
エネルギーの形状を制御するようマスクで覆うことがで
きる。レーザー光線は基材34に空洞48を機械加工するの
に用いられ、又は基材34にわたって続けて機械加工する
ことができる。基材34をレーザー光線のもとに動かし種
々の異なる形状のためレーザー光源32を選択もしくはプ
ログラムする能力は、基材34の内部に種々の高密度のパ
ターン、格子目、法則、模様その他をつくり出す。
一般に、マスター工具44でつくり出された幾何学形状
の構造は、図26に示されるように、高さが均一であり、
又は工具44によりつくり出される物品の所望の最終用途
に応じて、図28に示されるように、多くの異なる高さと
なっている。基材34の表面46に近接した幾何学形状の直
径と、幾何学形状の構造の外面と内面（すなわち、突起
の軸線に平行な方向に測って）との間の厚さとはまた変
化するが、工具44の所望の用途に適合した寸法となって
いる。さらに、基材34の幾何学形状の密度は工具44によ
ってつくり出される複製物品の使用に応じ変えることが
できる。微小複製マスター工具製造装置30は、与えられ
た面積当り多数の細かい又は形作られた幾何学形状構造
を有する高密度の工具44を高速度で製造するのに有利で
ある。
図３を参照すると、成形可能な材料50が例えば押出し
又は成形により微小複製マスター工具の第１の表面46に
塗布され複製工具44の微小構造の表面46の複製物又は物
品52をつくり出す。好適な実施態様では、工具44への材
料50の接着力は材料50の工具からの取外しの時の結合力
よりも小さい。
図２を参照し、また米国特許第5,077,870号（メルビ
ー他）にさらに詳細に述べられているように、熱可塑性
樹脂のような成形可能材料の供給流54が押出し器56の中
に供給され押出し器56から加熱された樹脂溶融物が型58
を通って回転円筒状微小複製型60に供給される。これに
代え、成形可能材料の溶融物を基材34のような平らな基
材に塗布することができる。成形可能の材料50が成形空
洞48に流入し、工具の型44,60に圧入され、冷却及び／
又は加硫材料50により硬化される。材料50は所望の複製
物品52にとって適当な厚さになるまで基材34の表面34は
塗布される。材料50は基材34に均一のシートとして塗布
され、又は異なる形状に塗布され例えば隆起もしくは他
の構造となるようにする。これに代え、複製された物品
52が実施例１〜４に開示されているように圧縮成形によ
りつくり出される。
実質的に、任意の成形可能材料50を複製物品52をつく
り出すのに用いることができる。好適な成形可能の材料
50はポリプロピレンとポリエチレンのようなポリオレフ
ィン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニール（PVC）、ポリ
エステル、及びナイロンのようなポリアミドを含む熱可
塑性樹脂である。この熱可塑性樹脂はまたポリエチレン
とポリプロピレンの混合物、ポリプロピレン衝撃共重合
体、多層フィルム、及び共押出体を含む混合物とするこ
とができる。可塑材、充填剤、顔料、染料、抗酸化剤、
はく離剤、その他のような添加物もまた成形可能な材料
50に結合させることができる。
複製された物品50は図２に示されるように成形可能材
料50が硬化された後複製マスター工具44から取外され、
幾何学形状構造の一体性を維持するようにする。微小複
製マスター工具44の空洞と幾何学形状構造と同様の、又
は鏡像関係の幾何学形状構造が複製物品52の表面から突
出する。これに代え、複製物品52が成形可能の材料50の
完全に硬化する前に微小複製マスター工具から取外さ
れ、他の所望の形状と特性とをつくり出すようにするこ
とができる。必要ならば、複製物品の幾何学形状構造は
後処理工程を受け、曲げられたフック、きのこ型キャッ
プ、又はその他の形状のような変わった形状を得るよう
にすることができる。
図４は、幾何学形状構造が側面67,69と側面67,69の間
に延びる底面71とを有している角度のある管状形状65で
ある工具44の断面図を示している。２つ又はそれ以上の
角度のある管状形状65は任意の他の複製工程によっては
実現できない又は意図されない角度を含む異なる角度で
基材34の表面46と交差することができる。
基材34に凹みのつけられた幾何学形状構造と各複製さ
れた物品52から突出する幾何学形状構造とは多種類の形
状、構造及び模様を含むことができる。幾何学形状構造
の側面は複製物品52の異なる最終用途に適合するよう決
定される多様の鋭角で基材34の表面46と交差することが
できる。複製された物品52が工具44と本質的に同じ幾何
学形状構造を有しているので、幾何学形状構造は複製さ
れた物品52を参照して以下に述べられる。
図３はマスター工具44と側面64,66により形成された
円錐形又は角錐形幾何学形状構造62を有する複製物品52
との断面図を示す。側面64,66は内側に向って表面46か
ら離れ基材34の中へと傾斜している。側面64,66が工具4
4の表面46と交差する角度は所望の角錐形又は円錐形の
幾何学形状構造62の大きさによって変えることができ
る。
図５と７は複製物品52の切断側面図を示し、また図６
と８は物品52の頂面図を示し、幾何学形状構造68は吸引
カップ又は円錐台あるいは管状形状を有している。図５
〜８に示されるように、吸引カップ幾何学形状構造68の
側面70は実質的に環状であり連続しており、そして底面
73に近接している。側面70は図５と７に示されるように
多様の高さとすることができる。吸引カップ68の側面は
図５におけるように高さが増すにつれて、側面70が物品
52の表面72から離れる方向に外側に傾斜し、吸引カップ
68の頂面74の直径が図６に見られるように吸引カップ68
の底部76の直径d1より大きくなっている。図６と８に見
られるように、小さな吸引カップ68にとって、頂面74は
底部76とほぼ同じ直径であるが、これは変えることもで
きる。側面70は楕円、矩形のような他の形状を含むこと
ができる。
図９〜14を参照すると、複数の又は群の角度をもつ突
起又はピンを有する幾何学形状が示されている。図９と
12は複製物品の表面72から選択された異なる鋭角で延
び、また変わった寸法とすることのできる角度をもった
突起78,80の切断前面図を示している。突起78,80は図９
と12に示されるように、側面82,84,86,88を含んでい
る。図10と13は複製された物品52の表面72から延びる傾
斜した突起78の切断側面図を示す。図11と14を参照する
と、複製された物品52の表面72から異なる角度で延びて
いる突起78,80の頂面図が示されている。
図15〜17を参照すると、“からすの足”の形状に構成
された、複製物品52の切断前面図、複製物品52の切断側
面図、及び複製物品52の頂面図がそれぞれ示されてい
る。ピン又は突起90,92,94が複製物品52の表面72に対し
て選択された鋭角で表面72から延びている。突起90,94
は一般に複製物品52の表面72に対し選択された鋭角をな
している。突起92は複製物品52の表面72に対し実質的に
直角の方向に延びている。突起90,92,94の方向は物品52
の表面72と種々の角度で交差することができる。各突起
90,92,94は側面96,98,100,102,104,106を具備してい
る。
図18〜25は突出幾何学形状構造が山形帯図形の形状を
有する物品52を示している。図18と23は複製物品52の前
面図を示す。図19と24は物品52の切断側面図を示す。図
20〜22と25は物品52の頂面図を示す。山形帯図形108は
前縁114での側面110,112の交差により形成される。側面
110,112は物品52の表面72と様々な角度で交差してい
る。山形帯図形108の側面110,112は図18〜22に見られる
ように、物品52の表面72に対し選択された鋭角をなし、
又は図23〜25に見られるように、物品52の表面72にほぼ
直角となっている。図20〜22に示されるように、山形帯
図形108は同じ複製物品52上で相互に連結され独立する
ことができ、又は相互に連結され及び／又は多くの方向
に様々な向きに位置させることができる。
図26を参照すると、複製物品52の切断側面図が示され
ている。図27は幾何学形状構造が単一の上方に延びる一
列に形成された突起又はピン116である物品52の頂面図
を示す。ピン116は種々の寸法とすることができ、物品5
2の表面72と様々な鋭角で交差する側面118,120を有す
る。これに代え、単一の連続した隆起又は構造115が図2
7に示されるように複製物品52につくり出されるように
することができる。
図28は物品52の表面72から選択された鋭角で延びる傾
斜した突起122を有する複製物品の切断前面図である。
図30は物品52の頂面図である。突起122は少なくとも側
面124,126を含んでいる。図28〜30に示されるように、
突起122は同じ物品52上で種々の寸法とし物品52上と彫
刻された表面の効果をつくり出すようにすることができ
る。
図３〜30に見られるように、様々な幾何学形状構造は
形状が円錐形、管状、環状、角のある形状にわたり、ま
た単一又は多くの突起形状からなるものとすることがで
きる。さらに、工具44又は複製物品52につくり出された
任意の幾何学形状構造は、相互に独立し、相互に連結さ
れ、列状に、及び／又は異なるもしくは多くの方向に向
けるようにすることができる。また、複製物品52上の幾
何学形状構造の突起は高さが均一とすることができ、又
は複製物品52を通じて変わった高さとすることができ
る。レーザー光源32の選択されたパルス長さ、動力の程
度、パルス間隔、波長、供給速度、ガス混合物、空洞圧
力、モード、レンズの選択、及び焦点によって決定され
る多種類の幾何学形状の模様と形状は本発明の企図の範
囲である。
微小複製マスター工具44から複製された物品は多種類
の適用面において用いられる。例えば、複製物又は物品
52は使い捨ての柔軟商品産業において用いるための機械
的ファスナーとして用いられる。さらに、感圧接着剤が
複製物品52の表面72に塗布され、使い捨ての菱形地紋の
布、老人用失禁製品、及び婦人用衛生品のような使い捨
て柔軟商品産業のため、米国特許第4,959,265号（ウッ
ド）に示されるような機械的接着ファスナーをつくり出
すようにする。
作動時、基材34はテーブル36上に配置される。所望の
パルス長さ、動力の程度、パルス間隔、レンズ系、モー
ド、波長、空洞圧力、供給速度、ガス混合物、及びレー
ザー光源32の焦点が選択されまた好ましくは制御手段40
の中にプログラムされる。レーザー光源32からのレーザ
ー光線が次いで発射される。制御手段38は基材34をレー
ザー光源32の下側に位置させ、基材34をレーザー光源32
に対し異なる姿勢と位置に動かす。所望の幾何学形状の
構造の模様がレーザーエネルギーを用いて基材34に機械
加工される。微小複製マスター工具44の使用に依存し
て、基材34の全表面46がレーザー光線によって機械加工
され又は基材34の選択された領域のみが機械加工され
る。
微小複製マスター工具14の製作後に、成形可能の材料
50が工具44の表面に塗布される。成形可能の材料50はマ
スター複製工具44の表面46を被覆し、工具44の空洞48の
中にまた空洞48の内部に収容された幾何学形状構造の周
りに流れる。成形可能の材料50が所望の度合に硬化又は
固化した後、複製された物品52が微小複製マスター工具
44との接触から取外される。円筒形の型60が用いられた
場合は、複製物品52が連続して型60から取出される。複
製物品52の後処理がなされ様々な形状のフック、きのこ
形その他の形状をつくり出すようにする。つくり出され
た複製物品はまた追加の多くの同型の複製物品をつくり
出すのに用いられる。
実施例 本発明は以下の例示的な実施例によりさらに説明され
る。
実施例１〜３ 約1140ミクロン（45ミル）のASTM D−2000等級FC,FE,
GEに相当するポリシロキサンゴムと、0.64cm（1/4イン
チ）の厚さのナンバー304の鋼とからなる基材がインダ
ストリアルモールデットゴム会社から得られた。このポ
リシロキサン層を約0.076cm（30ミル）の厚さ以下に研
摩した後、シロキサン表面は80ジュール／秒（80ワッ
ト）のCO2レーザーにさらされ、表Ｉに表示される条件
下でcm2当り1550個の孔（平方インチ当り10,000個の
孔）の３つの別個の5cm×10cm（２インチ×４インチ）
の機械加工された領域をつくり出した。レーザーの焦点
は調節されたシリコンゴム表面に達する最小の入口孔を
機械加工した。実施例１において、レーザーは基材を秒
当り約140個の空洞の割合で機械加工した。
例１〜３の各々における工具はテトラヘドロンアソシ
エイト会社の圧縮成形を介するポリプロピレン衝撃共重
合体樹脂（シェルケミカル7C50）で複製された。プログ
ラム条件を用いるMTPプログラム化可能プラテンプレス
が表IIに記載される。
サイクル終了時、冷却された複製物品が板からはぎ取
られ、走査電子顕微鏡（SEM）を用いる断面測定のため
切断され、表IIIに報告されているように機械加工され
た孔の形状と寸法とを決定した。
実施例４ 0.41cm（160ミル）の基材がASTM D−2000等級FC,FE,G
Eに相当するシリコンから作られた。シリコンの表面が
表IVに記載される条件下で250ジュール／秒（250ワッ
ト）CO2レーザー（82％He,13.5％N2,4.5％CO2）にさら
された。
鏡像関係の複製物が、表VIに記載される寸法と特性を
有する表Ｖに記載される条件下で実施例１〜３における
ように、MTPプログラム化可能プラテン圧力でシェルケ
ミカルWRS 6−166ポリプロピレンランダム共重合体樹脂
の125ミクロン（５ミル）厚さのフィルムの３つのシー
トを押圧することにより、マスター工具で作られた。
実施例５ シリコン工具基材が表IVに記載された条件下で260ジ
ュール／秒（260ワット）CO2レーザーにさらされた。鏡
像関係の複製物品が290℃（550゜F）の分布温度で型の
上に衝撃ポリプロピレン樹脂（シェルケミカルSRD 7−4
63）を押出すことによりマスター工具で作られた。この
樹脂は186pliのローラ圧力を用いて型に押し込まれた。
突起の物理的寸法と特徴は表VIに報告されている。
本発明のレーザー機械加工された微小複製工具を用い
ることにいくつかの利点が存在する。第１に、レーザー
エネルギーが高速度で基材34に模様を機械加工し高密度
の模様をつくり出す。さらに、一部材の基材が用いられ
るので、最終の型をつくり出すため多くの中間型を相互
に接合することが必要でなくなる。中間型を必要としな
いで一部材の基材上に高速度で直接機械加工するため、
時間と費用の著しい節減がもたらされる。
シリコンゴムのような好ましくは変形可能な可撓の基
材の使用はまた有利である。第１に、シリコンゴムは手
ごろの費用で容易に入手可能である。第２に、シリコン
ゴム型又は工具は変形可能であり、剪断を最小にし、複
製された物品52が微小複製工具44から取外されるときの
幾何学形状構造の破壊を減少する。さらに、シリコンゴ
ムは耐久性がありまた劣化に対し抵抗性がある。シリコ
ンゴムの型の低エネルギーの表面は複製物品の型又は基
材からの解放を容易にする。シリコンの型は変形可能で
あるため、レーザー光線は従来の方法で行うよりも型の
基材をさらに切取ることができ、しかも依然として複製
物品を容易に取外す能力を有している。レーザーエネル
ギーはシリコンゴム基材により良好に受け取られる。レ
ーザー光線によるシリコンゴムの蒸発は機械加工された
空洞から材料を取去り、容易に清掃され取除かれる最小
のばり残留物を生み出す。
微小複製工具のレーザー機械加工は型が著しく減少さ
れた費用のもとに高速度でつくり出される点で有利であ
る。さらに、模様の多様性が、多種類の幾何学形状構造
が微小複製工具に機械加工されるので達成される。さら
に、レーザーを用いてシリコン工具を機械加工すること
は幾何学形状構造における断面形状の多様性をもたら
す。さらに、直径が約200ミクロン（８ミル）で8:1の縦
横比の型基材の入口孔が得られる。さらに小さい高度に
精密に形成された構造で現在の機械加工技術では不可能
であるような構造が得られる。
本発明の種々の変更と変形が当業者にとってここに記
載された本発明の範囲と精神から外れることなく明らか
となるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォックス，ハーバート ジェイ. 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（番地なし) (72)発明者 ハンシェン，トーマス ピー. 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（番地なし) (72)発明者 ミラー，フィリップ 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（番地なし) (56)参考文献 特開 平４−16268（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−38811（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−293802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−72638（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−501775（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 A44B 18/00 B29D 5/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複製マスター工具から機械的締結具を製造
    する方法であって、 低エネルギの第１の表面を有する可撓性の熱硬化性重合
    体の加工基材を設ける段階と、 レーザー光線源により加工基材の第１の表面から材料を
    取除くよう該基材の第１の表面を機械加工し、該基材の
    第１の表面から基材の中へと延び該第１の表面と鋭角で
    交差する複数の側面を有する少なくとも１つの幾何学形
    状の構造をつくり出し、それにより機械的締結具を製造
    するための複数マスター工具を生み出すようにする段階
    と、 成形可能な材料を複製マスター工具の前記第１の表面と
    前記幾何学形状の構造とに付与する段階と、 成形可能な材料を少なくとも部分的に凝固し機械的締結
    具をつくり出す段階と、 機械的締結具を複製マスター工具から離れるよう取外す
    段階、 とからなる機械的締結具の製造方法。
  2. 【請求項２】前記機械加工が、前記複数の側面の間に延
    びる底面を有する幾何学形状の構造をつくり出す請求項
    １に記載の機械的締結具の製造方法。
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