JP4132837B2 - 金属製型の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属製型の製造方法に係り、詳しくは微細加工された金属微粒子分散高分子膜を用いた金属製型の製造方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
大型で高価な装置を必要とすることなく薄膜にマイクロメートルオーダーの微細加工を行う技術として、絞り込んだレーザ光を任意のパターンに従って薄膜に照射する方法がある。金属微粒子を高分子膜中に分散させた金属微粒子分散高分子膜は、金属微粒子に特有の光吸収特性を有するため、特定の波長域に発振波長を有する絞り込んだレーザ光を所定パターンに従って照射すれば、照射部分に形成される凹部からなる任意の微細構造を作製することができる。本出願人は、金属微粒子分散高分子膜を用いた光記録媒体（特開２００１−２１６６８０号公報）、微細加工型（特開２００１−３１０３３１号公報）、グレーティング（特開２００１−３１１８１０号公報）等を開示している。
【０００３】
また、前記方法によって作製した凹凸形状から転写型を作製する技術がある。例えば本出願人は特願２００１−２３１３６０号において、シリコーンゴム製の転写型を樹脂製フィルムに押付けることによって微細加工を行う技術を開示している。すなわちレーザ光によって任意の凹凸形状を有する金属微粒子分散高分子膜からシリコーンゴムの転写型を作製、あるいは金属微粒子を分散させたシリコーンゴム製の転写型を直接作製し、前記いずれかの転写型を樹脂製フィルムに押し付けることによって、前記樹脂製フィルムに微細加工が施されるものである。適切な樹脂フィルムを用いれば、マイクロ分析チップ、マイクロニードル、マイクロギヤ等の微細加工部品を作製することができる。
【０００４】
しかし、前記方法においては、樹脂を溶剤に溶解させたペーストを用いる必要があるため、成形時の収縮が大きくなり、微細な凹凸形状が再現できない問題点があった。
【０００５】
一方、微細な凹凸形状を有する薄膜表面に無電解ニッケルメッキ等の無電解メッキを形成して金属製型を作製する試みがある。微細な金属製型を用いれば、一般的な樹脂の成形方法として用いられている圧縮成形や射出成形等に対応できるようになる。前記金属微粒子分散高分子膜は、表面の金属微粒子がメッキ析出の核として作用するため、微細な凹凸形状を有する金属微粒子分散高分子膜が得られれば、特別な前処理を必要とすることなく容易に無電解メッキからなる金属製型を提供することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、金属微粒子分散高分子膜を基板上に形成するにあたって、通常の方法であるスピンコート法では、十分な膜厚の金属微粒子分散高分子膜が得られないため、無電解メッキ液に浸漬した際、前記金属微粒子分散高分子膜が基板から剥離してしまい、良好な無電解メッキを形成することが困難であるという問題点があった。
【０００７】
また、数百μｍ以上の膜厚（高アスペクト比）が必要とされる微細加工部品作製用の金属微粒子分散高分子膜を作製するには、スピンコートを数十回繰返す必要があり、このことは工数が非常に多くかかるだけではなく、重ね塗りに伴って発生する表面のむらのため、良好な金属微粒子分散高分子膜を得ることが極めて困難であるということも問題点となっていた。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決し、無電解メッキを好適に形成可能な金属微粒子分散高分子膜を用いた金属製型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
すなわち本願請求項１記載の発明は、金属微粒子、高分子、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金属微粒子分散高分子を作製し、前記粉末状の金属微粒子分散高分子を金型に充填してプレスし、前記金型を加熱することによって得られた金属微粒子分散高分子膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金属微粒子分散高分子膜表面に無電解メッキを形成し、前記金属微粒子分散高分子膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法である。
【００１３】
【００１４】
請求項２記載の発明は、金微粒子、エチルセルロース、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを作製し、前記粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを金型に充填してプレスし、前記金型を金型温度が１４０℃以上１５０℃以下の温度に達するまで加熱することによって得られた金微粒子分散エチルセルロース膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金微粒子分散エチルセルロース膜表面に無電解メッキを形成し、前記金微粒子分散エチルセルロース膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記無電解メッキが無電解ニッケルメッキである請求項１または２記載の金属製型の製造方法である。
【００１６】
請求項１、２、及び３記載の発明によれば、前記金属微粒子分散高分子膜に無電解メッキを形成することによって金属製型を製造するため、従来のように無電解メッキ液中での基板からの剥離のような不具合が発生することなく、金属微粒子分散高分子膜の微細パターンに対応した良好な無電解メッキによる金属製型を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の金属製型の製造方法について詳細に説明する。
金属微粒子分散高分子膜を作製するため、まず金属微粒子、高分子、及び溶剤からなる混合物を作製する。ここで金属微粒子は例えば数ｎｍ〜数十ｎｍの粒径を有する金微粒子あるいは銀微粒子であって、例えば特開平３−３４２１１号公報に開示されているガス中蒸発法によって溶媒中に独立分散させた状態で得られる。即ち、ヘリウム等の不活性ガスを導入した減圧容器内で各種金属を蒸発させ、不活性ガスとの衝突により冷却され凝縮された金属微粒子を、生成直後の孤立状態にある段階で別途導入されたｐ-キシレン、トルエン、α−テレピネオール等の有機溶媒の蒸気によって被覆することによって溶媒分散金属微粒子を得る。
【００１８】
前記高分子は、金属微粒子を高濃度にかつ凝集させることなく分散させることができる高分子が好ましく、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ポリエチルメタクリレート（ＰＥＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等が好ましく、中でも一定量以上の金属微粒子を均一に分散させるためにはエチルセルロースあるいはエチルヒドロキシエチルセルロースが特に好ましい。
【００１９】
前記溶剤は前記高分子を良好に溶解するものであれば特に限定されず、具体的にはｐ−キシレンあるいはトルエンが好ましい。
【００２０】
前記溶媒分散金属微粒子と、前記高分子と、前記溶剤とを混合し、十分に混練して混合物を得る。溶媒分散金属微粒子の高分子に対する混合量は特に限定されないが、高分子に対して正味１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の金属微粒子が含まれるようになるように調整するのが好ましい。溶剤の量も同様に限定されないが、後工程で乾燥することを考慮に入れれば、高分子を溶解するために必要な最低限の量であることが好ましい。
【００２１】
前記混合物を室温で乾燥させ、続いて冷凍粉砕機で粉砕し粉末状の金属微粒子分散高分子を作製する。冷凍粉砕機の専用容器に金属微粒子分散高分子を封入し、液体窒素温度下で磁気的に駆動する衝撃子によって粉砕し、粉末状の金属微粒子分散高分子を得る。粉末状の金属微粒子分散高分子の粒径は特に限定されないが、均一な金属微粒子分散高分子膜を得るためには１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
得られた粉末状の金属微粒子分散高分子を、図４に示すように１００℃前後の温度に保持した平金型の下金型１１に充填する。続いて上金型１０で１０ＭＰａ以上の圧力までプレスし、５分間以上保持しながら金型の温度を上昇させる。ここで金型の温度は、粉末状の金属微粒子分散高分子１２が十分に溶解する温度以上で、金属微粒子の凝集が発生しない程度の温度未満である必要がある。この温度範囲は使用する高分子によって変動し、例えばエチルセルロースの場合は１４０℃以上、１５０℃未満である。なお、プレス温度が低いと、得られる金属微粒子分散高分子膜表面に粉末状の金属微粒子分散高分子が残存し、良好な微細加工部品が得られない。
【００２３】
所定時間のプレスを終えた後、平金型を開放し、室温下で放置して冷却し、金属微粒子分散高分子膜を得る。下金型１１に充填する粉末状の金属微粒子分散高分子１２の量を調整することにより、数百μｍ程度以上さらには数ｍｍ程度に及ぶ膜厚の金属微粒子分散高分子膜を容易に得ることができる。
【００２４】
得られた金属微粒子分散高分子膜金属微粒子の種類に応じて選択される特定波長域に発振波長を有するレーザ光を照射すると、金属微粒子が吸収した光エネルギーが熱エネルギーに変換され、その熱エネルギーが金属微粒子周辺の高分子の物性に変化を与え、金属微粒子分散高分子膜中に凹部が形成される。レーザ光を照射しながら金属微粒子分散高分子膜をその面内方向に移動させることによって、線状あるいは点状等任意の凹部を形成することができる。
【００２５】
前記微細加工は、具体的には例えば図３に示すレーザ光照射系を用いて行うことができる。レーザ光源１としては、波長は金属微粒子分散高分子膜６の吸収波長領域内に収まるものであれば特に限定されるものではないが、レーザ光に対する感度を考慮に入れれば、金属微粒子分散高分子膜６の極大吸収波長付近の発振波長を有するものが好ましい。出力は十数ミリワット程度の小出力のもので十分であり、例えば、５３２ｎｍのグリーンレーザ、５１４ｎｍその他の波長の光を発振するアルゴンイオンレーザが好適に用いられる。レーザ光は複数のミラー２及びハーフミラー３を介して光学顕微鏡４内に導かれる。モーター駆動により３次元方向に移動可能なＸＹＺステージ５上に載置された金属微粒子分散高分子膜表面６は、直上の対物レンズ７及びＣＣＤカメラ８及びＴＶモニター９、または図示しない接眼レンズを通して観察可能である。レーザ光を遮断した状態で金属微粒子分散高分子膜６表面の状態を確認した後、レーザ光を導入する。レーザ光は対物レンズ７によって金属微粒子分散高分子膜上で１μｍ程度にまで絞り込まれる。金属微粒子分散高分子膜６表面をＴＶモニター９で観察しながら、ＸＹＺステージ５をＸＹ方向に所望のパターンに従って駆動することにより金属微粒子分散高分子膜に任意の微細パターンを形成する。
【００２６】
前記方法に従って微細パターンが形成された金属微粒子分散膜を無電解メッキ液に浸漬し、前記微細パターンの表面に無電解メッキを形成する。無電解メッキ可能な金属としては、ニッケル、銅、クロム、亜鉛等が挙げられるが、金属製型としての強度、耐食性、熱伝導率等を考慮するとニッケルが最も好ましい。
【００２７】
ここで無電解ニッケルメッキ液は、通常用いられるニッケル‐りん系メッキ液あるいはニッケル‐ホウ素系メッキ液が好適に用いられる。ニッケル‐りん系メッキ液は硫酸ニッケル、次亜りん酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム等を含み、ニッケル‐ホウ素系メッキ液は塩化ニッケル、水素化ほう素ナトリウム等を含む。また水酸化ナトリウム、アンモニア水等のｐＨ調整剤、クエン酸、酒石酸等の錯化剤を含んでもよい。メッキ液のｐＨは４．５〜５．０が好ましく、メッキ液の温度は６０℃〜７０℃が好ましい。
【００２８】
温度及びｐＨが調整されたメッキ液に微細加工された金属微粒子分散高分子膜を浸漬し、静置して金属微粒子分散膜上に無電解メッキを形成する。浸漬時間は特に限定されないが、金属製型として十分な膜厚の無電解メッキを形成するためには１０時間以上が好ましい。
【００２９】
所定時間放置した後、無電解メッキが形成された金属微粒子分散高分子膜を取り出し、金属微粒子分散高分子膜を除去して金属製型を得る。金属微粒子分散高分子膜と無電解メッキの両者を剥離してもよく、また、金属微粒子分散高分子膜をエタノール、トルエン等の溶剤によって溶解してもよい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の金属製型の製造方法について実施例を示しながらさらに詳細に説明する。
実施例１〜２
金属微粒子として２０．９ｗｔ％金含有トルエン分散金微粒子（真空冶金製パーフェクトゴールド）、高分子としてエチルセルロース、そして溶剤としてｐ−キシレンを用意し、金微粒子対エチルセルロースの重量比が０．２：１となるように秤量されたトルエン分散金微粒子及びエチルセルロースを少量のｐ−キシレンと共に乳鉢で混練し、混合物を作製した。前記混合物を冷凍粉砕機（ＳＰＥＸ社製Ｍｉｌｌ６７５０）で粉砕し粒径１ｍｍ以下の粉末状金微粒子分散エチルセルロースを作製した。
【００３１】
平金型を１００℃に保温後、前記粉末状金微粒子分散エチルセルロースを前記平金型の下金型に充填した。上金型を２３．１ＭＰａの圧力でプレスし、金型温度を１０℃／分の速度で１４０℃（実施例１）、あるいは１５０℃（実施例２）まで上昇させた。１０分経過後、成形品を取り出し、室温下で放置し、膜厚約５００μｍの金微粒分散エチルセルロース膜を得た。
【００３２】
得られた金微粒分散エチルセルロース膜は、表面及び断面ともにエチルセルロースが良好に溶解した平滑面が観察された。
【００３３】
【表１】
【００３４】
図３に示す照射系を用いて、実施例１で得られた金微粒子分散エチルセルロース膜に微細加工を行った。グリーンレーザ光（波長：５３２ｎｍ）を対物レンズ（ＮＡ０．２６ ×１０）で集光し、照射面のレーザ強度が２３ｍＷになるように調整し、０．５ｍｍ/秒の描画速度で線状パターンを、また０．５秒の照射時間で点状パターンを作製した。図１（ａ）、（ｂ）にそれぞれのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像を示す。約５００μｍの膜厚の金微粒子分散エチルセルロース膜に数十μｍオーダーの微細パターンを作製することができた。
【００３５】
得られた微細パターンが作製された金属微粒子分散エチルセルロース膜を、６５℃に保持した無電解ニッケルメッキ液（上村工業製ニッケル‐りん系メッキ液）に浸漬し、２０時間放置し、金属微粒子分散エチルセルロース膜の微細パターンに対応した無電解ニッケルメッキからなる金属製型を得た。図２にそのＳＥＭ像を示す。金属微粒子分散エチルセルロース膜２１の上に無電解ニッケルメッキからなる金属製型２２が形成された。
【００３６】
比較例１〜２
表１に示す条件で実施例と同様に金微粒子分散エチルセルロース膜を作製したが、得られた金属微粒子分散エチルセルロース膜は、表面及び断面に粉末状金微粒子分散エチルセルロースが残存し、平滑面は得られなかった。また、実施例と同様にグリーンレーザ光を照射して微細加工を行っても、鮮明な微細パターンは得られなかった。
【００３７】
【発明の効果】
【００３８】
【００３９】
請求項１記載の発明は、金属微粒子、高分子、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金属微粒子分散高分子を作製し、前記粉末状の金属微粒子分散高分子を金型に充填してプレスし、前記金型を加熱することによって得られた金属微粒子分散高分子膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金属微粒子分散高分子膜表面に無電解メッキを形成し、前記金属微粒子分散高分子膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法であって、膜厚数百μｍから数ｍｍに及ぶアスペクト比の高い金属微粒子分散高分子膜に無電解メッキを形成すること によって金属製型を製造するため、従来のように無電解メッキ液中での基板からの剥離のような不具合が発生することなく、金属微粒子分散高分子膜の微細パターンに対応した金属製型を提供することができる。
【００４０】
請求項２記載の発明は、金微粒子、エチルセルロース、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを作製し、前記粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを金型に充填してプレスし、前記金型を金型温度が１４０℃以上１５０℃以下の温度に達するまで加熱することによって得られた金微粒子分散エチルセルロース膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金微粒子分散エチルセルロース膜表面に無電解メッキを形成し、前記金微粒子分散エチルセルロース膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法であって、膜厚数百μｍから数ｍｍに及ぶアスペクト比の高い金微粒子分散エチルセルロース膜に無電解メッキを形成することによって金属製型を製造するため、従来のように無電解メッキ液中での基板からの剥離のような不具合が発生することなく、金微粒子分散エチルセルロース膜の微細パターンに対応した金属製型を提供することができる。
【００４１】
請求項３記載の発明は、前記無電解メッキが無電解ニッケルメッキである請求項１または２記載の金属製型の製造方法であって、金属微粒子分散高分子膜の微細パターンに対応した良好な無電解ニッケルメッキによる金属製型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）金微粒子分散エチルセルロース膜に形成された線状パターンのＳＥＭ像（ｂ）金微粒子分散エチルセルロース膜に形成された点状パターンのＳＥＭ像
【図２】 金属微粒子分散エチルセルロース膜の上に形成された金属製型のＳＥＭ像
【図３】 金属微粒子分散高分子膜への微細加工のためのレーザ光照射系の概略図
【図４】 金属微粒子分散高分子膜を製造するための平金型の断面図
【符号の説明】
１ レーザー光源
２ ミラー
３ ハーフミラー
４ 光学顕微鏡
５ ＸＹＺステージ
６ 金属微粒子分散高分子膜
７ 対物レンズ
８ ＣＣＤカメラ
９ ＴＶモニター
１０ 上金型
１１ 下金型
１２ 粉末状の金属微粒子分散高分子
２１ 金属微粒子分散エチルセルロース膜
２２ 無電解ニッケルメッキからなる金属製型
【発明の属する技術分野】
本発明は金属製型の製造方法に係り、詳しくは微細加工された金属微粒子分散高分子膜を用いた金属製型の製造方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
大型で高価な装置を必要とすることなく薄膜にマイクロメートルオーダーの微細加工を行う技術として、絞り込んだレーザ光を任意のパターンに従って薄膜に照射する方法がある。金属微粒子を高分子膜中に分散させた金属微粒子分散高分子膜は、金属微粒子に特有の光吸収特性を有するため、特定の波長域に発振波長を有する絞り込んだレーザ光を所定パターンに従って照射すれば、照射部分に形成される凹部からなる任意の微細構造を作製することができる。本出願人は、金属微粒子分散高分子膜を用いた光記録媒体（特開２００１−２１６６８０号公報）、微細加工型（特開２００１−３１０３３１号公報）、グレーティング（特開２００１−３１１８１０号公報）等を開示している。
【０００３】
また、前記方法によって作製した凹凸形状から転写型を作製する技術がある。例えば本出願人は特願２００１−２３１３６０号において、シリコーンゴム製の転写型を樹脂製フィルムに押付けることによって微細加工を行う技術を開示している。すなわちレーザ光によって任意の凹凸形状を有する金属微粒子分散高分子膜からシリコーンゴムの転写型を作製、あるいは金属微粒子を分散させたシリコーンゴム製の転写型を直接作製し、前記いずれかの転写型を樹脂製フィルムに押し付けることによって、前記樹脂製フィルムに微細加工が施されるものである。適切な樹脂フィルムを用いれば、マイクロ分析チップ、マイクロニードル、マイクロギヤ等の微細加工部品を作製することができる。
【０００４】
しかし、前記方法においては、樹脂を溶剤に溶解させたペーストを用いる必要があるため、成形時の収縮が大きくなり、微細な凹凸形状が再現できない問題点があった。
【０００５】
一方、微細な凹凸形状を有する薄膜表面に無電解ニッケルメッキ等の無電解メッキを形成して金属製型を作製する試みがある。微細な金属製型を用いれば、一般的な樹脂の成形方法として用いられている圧縮成形や射出成形等に対応できるようになる。前記金属微粒子分散高分子膜は、表面の金属微粒子がメッキ析出の核として作用するため、微細な凹凸形状を有する金属微粒子分散高分子膜が得られれば、特別な前処理を必要とすることなく容易に無電解メッキからなる金属製型を提供することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、金属微粒子分散高分子膜を基板上に形成するにあたって、通常の方法であるスピンコート法では、十分な膜厚の金属微粒子分散高分子膜が得られないため、無電解メッキ液に浸漬した際、前記金属微粒子分散高分子膜が基板から剥離してしまい、良好な無電解メッキを形成することが困難であるという問題点があった。
【０００７】
また、数百μｍ以上の膜厚（高アスペクト比）が必要とされる微細加工部品作製用の金属微粒子分散高分子膜を作製するには、スピンコートを数十回繰返す必要があり、このことは工数が非常に多くかかるだけではなく、重ね塗りに伴って発生する表面のむらのため、良好な金属微粒子分散高分子膜を得ることが極めて困難であるということも問題点となっていた。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決し、無電解メッキを好適に形成可能な金属微粒子分散高分子膜を用いた金属製型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
すなわち本願請求項１記載の発明は、金属微粒子、高分子、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金属微粒子分散高分子を作製し、前記粉末状の金属微粒子分散高分子を金型に充填してプレスし、前記金型を加熱することによって得られた金属微粒子分散高分子膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金属微粒子分散高分子膜表面に無電解メッキを形成し、前記金属微粒子分散高分子膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法である。
【００１３】
【００１４】
請求項２記載の発明は、金微粒子、エチルセルロース、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを作製し、前記粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを金型に充填してプレスし、前記金型を金型温度が１４０℃以上１５０℃以下の温度に達するまで加熱することによって得られた金微粒子分散エチルセルロース膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金微粒子分散エチルセルロース膜表面に無電解メッキを形成し、前記金微粒子分散エチルセルロース膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記無電解メッキが無電解ニッケルメッキである請求項１または２記載の金属製型の製造方法である。
【００１６】
請求項１、２、及び３記載の発明によれば、前記金属微粒子分散高分子膜に無電解メッキを形成することによって金属製型を製造するため、従来のように無電解メッキ液中での基板からの剥離のような不具合が発生することなく、金属微粒子分散高分子膜の微細パターンに対応した良好な無電解メッキによる金属製型を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の金属製型の製造方法について詳細に説明する。
金属微粒子分散高分子膜を作製するため、まず金属微粒子、高分子、及び溶剤からなる混合物を作製する。ここで金属微粒子は例えば数ｎｍ〜数十ｎｍの粒径を有する金微粒子あるいは銀微粒子であって、例えば特開平３−３４２１１号公報に開示されているガス中蒸発法によって溶媒中に独立分散させた状態で得られる。即ち、ヘリウム等の不活性ガスを導入した減圧容器内で各種金属を蒸発させ、不活性ガスとの衝突により冷却され凝縮された金属微粒子を、生成直後の孤立状態にある段階で別途導入されたｐ-キシレン、トルエン、α−テレピネオール等の有機溶媒の蒸気によって被覆することによって溶媒分散金属微粒子を得る。
【００１８】
前記高分子は、金属微粒子を高濃度にかつ凝集させることなく分散させることができる高分子が好ましく、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ポリエチルメタクリレート（ＰＥＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等が好ましく、中でも一定量以上の金属微粒子を均一に分散させるためにはエチルセルロースあるいはエチルヒドロキシエチルセルロースが特に好ましい。
【００１９】
前記溶剤は前記高分子を良好に溶解するものであれば特に限定されず、具体的にはｐ−キシレンあるいはトルエンが好ましい。
【００２０】
前記溶媒分散金属微粒子と、前記高分子と、前記溶剤とを混合し、十分に混練して混合物を得る。溶媒分散金属微粒子の高分子に対する混合量は特に限定されないが、高分子に対して正味１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の金属微粒子が含まれるようになるように調整するのが好ましい。溶剤の量も同様に限定されないが、後工程で乾燥することを考慮に入れれば、高分子を溶解するために必要な最低限の量であることが好ましい。
【００２１】
前記混合物を室温で乾燥させ、続いて冷凍粉砕機で粉砕し粉末状の金属微粒子分散高分子を作製する。冷凍粉砕機の専用容器に金属微粒子分散高分子を封入し、液体窒素温度下で磁気的に駆動する衝撃子によって粉砕し、粉末状の金属微粒子分散高分子を得る。粉末状の金属微粒子分散高分子の粒径は特に限定されないが、均一な金属微粒子分散高分子膜を得るためには１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
得られた粉末状の金属微粒子分散高分子を、図４に示すように１００℃前後の温度に保持した平金型の下金型１１に充填する。続いて上金型１０で１０ＭＰａ以上の圧力までプレスし、５分間以上保持しながら金型の温度を上昇させる。ここで金型の温度は、粉末状の金属微粒子分散高分子１２が十分に溶解する温度以上で、金属微粒子の凝集が発生しない程度の温度未満である必要がある。この温度範囲は使用する高分子によって変動し、例えばエチルセルロースの場合は１４０℃以上、１５０℃未満である。なお、プレス温度が低いと、得られる金属微粒子分散高分子膜表面に粉末状の金属微粒子分散高分子が残存し、良好な微細加工部品が得られない。
【００２３】
所定時間のプレスを終えた後、平金型を開放し、室温下で放置して冷却し、金属微粒子分散高分子膜を得る。下金型１１に充填する粉末状の金属微粒子分散高分子１２の量を調整することにより、数百μｍ程度以上さらには数ｍｍ程度に及ぶ膜厚の金属微粒子分散高分子膜を容易に得ることができる。
【００２４】
得られた金属微粒子分散高分子膜金属微粒子の種類に応じて選択される特定波長域に発振波長を有するレーザ光を照射すると、金属微粒子が吸収した光エネルギーが熱エネルギーに変換され、その熱エネルギーが金属微粒子周辺の高分子の物性に変化を与え、金属微粒子分散高分子膜中に凹部が形成される。レーザ光を照射しながら金属微粒子分散高分子膜をその面内方向に移動させることによって、線状あるいは点状等任意の凹部を形成することができる。
【００２５】
前記微細加工は、具体的には例えば図３に示すレーザ光照射系を用いて行うことができる。レーザ光源１としては、波長は金属微粒子分散高分子膜６の吸収波長領域内に収まるものであれば特に限定されるものではないが、レーザ光に対する感度を考慮に入れれば、金属微粒子分散高分子膜６の極大吸収波長付近の発振波長を有するものが好ましい。出力は十数ミリワット程度の小出力のもので十分であり、例えば、５３２ｎｍのグリーンレーザ、５１４ｎｍその他の波長の光を発振するアルゴンイオンレーザが好適に用いられる。レーザ光は複数のミラー２及びハーフミラー３を介して光学顕微鏡４内に導かれる。モーター駆動により３次元方向に移動可能なＸＹＺステージ５上に載置された金属微粒子分散高分子膜表面６は、直上の対物レンズ７及びＣＣＤカメラ８及びＴＶモニター９、または図示しない接眼レンズを通して観察可能である。レーザ光を遮断した状態で金属微粒子分散高分子膜６表面の状態を確認した後、レーザ光を導入する。レーザ光は対物レンズ７によって金属微粒子分散高分子膜上で１μｍ程度にまで絞り込まれる。金属微粒子分散高分子膜６表面をＴＶモニター９で観察しながら、ＸＹＺステージ５をＸＹ方向に所望のパターンに従って駆動することにより金属微粒子分散高分子膜に任意の微細パターンを形成する。
【００２６】
前記方法に従って微細パターンが形成された金属微粒子分散膜を無電解メッキ液に浸漬し、前記微細パターンの表面に無電解メッキを形成する。無電解メッキ可能な金属としては、ニッケル、銅、クロム、亜鉛等が挙げられるが、金属製型としての強度、耐食性、熱伝導率等を考慮するとニッケルが最も好ましい。
【００２７】
ここで無電解ニッケルメッキ液は、通常用いられるニッケル‐りん系メッキ液あるいはニッケル‐ホウ素系メッキ液が好適に用いられる。ニッケル‐りん系メッキ液は硫酸ニッケル、次亜りん酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム等を含み、ニッケル‐ホウ素系メッキ液は塩化ニッケル、水素化ほう素ナトリウム等を含む。また水酸化ナトリウム、アンモニア水等のｐＨ調整剤、クエン酸、酒石酸等の錯化剤を含んでもよい。メッキ液のｐＨは４．５〜５．０が好ましく、メッキ液の温度は６０℃〜７０℃が好ましい。
【００２８】
温度及びｐＨが調整されたメッキ液に微細加工された金属微粒子分散高分子膜を浸漬し、静置して金属微粒子分散膜上に無電解メッキを形成する。浸漬時間は特に限定されないが、金属製型として十分な膜厚の無電解メッキを形成するためには１０時間以上が好ましい。
【００２９】
所定時間放置した後、無電解メッキが形成された金属微粒子分散高分子膜を取り出し、金属微粒子分散高分子膜を除去して金属製型を得る。金属微粒子分散高分子膜と無電解メッキの両者を剥離してもよく、また、金属微粒子分散高分子膜をエタノール、トルエン等の溶剤によって溶解してもよい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の金属製型の製造方法について実施例を示しながらさらに詳細に説明する。
実施例１〜２
金属微粒子として２０．９ｗｔ％金含有トルエン分散金微粒子（真空冶金製パーフェクトゴールド）、高分子としてエチルセルロース、そして溶剤としてｐ−キシレンを用意し、金微粒子対エチルセルロースの重量比が０．２：１となるように秤量されたトルエン分散金微粒子及びエチルセルロースを少量のｐ−キシレンと共に乳鉢で混練し、混合物を作製した。前記混合物を冷凍粉砕機（ＳＰＥＸ社製Ｍｉｌｌ６７５０）で粉砕し粒径１ｍｍ以下の粉末状金微粒子分散エチルセルロースを作製した。
【００３１】
平金型を１００℃に保温後、前記粉末状金微粒子分散エチルセルロースを前記平金型の下金型に充填した。上金型を２３．１ＭＰａの圧力でプレスし、金型温度を１０℃／分の速度で１４０℃（実施例１）、あるいは１５０℃（実施例２）まで上昇させた。１０分経過後、成形品を取り出し、室温下で放置し、膜厚約５００μｍの金微粒分散エチルセルロース膜を得た。
【００３２】
得られた金微粒分散エチルセルロース膜は、表面及び断面ともにエチルセルロースが良好に溶解した平滑面が観察された。
【００３３】
【表１】
図３に示す照射系を用いて、実施例１で得られた金微粒子分散エチルセルロース膜に微細加工を行った。グリーンレーザ光（波長：５３２ｎｍ）を対物レンズ（ＮＡ０．２６ ×１０）で集光し、照射面のレーザ強度が２３ｍＷになるように調整し、０．５ｍｍ/秒の描画速度で線状パターンを、また０．５秒の照射時間で点状パターンを作製した。図１（ａ）、（ｂ）にそれぞれのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像を示す。約５００μｍの膜厚の金微粒子分散エチルセルロース膜に数十μｍオーダーの微細パターンを作製することができた。
【００３５】
得られた微細パターンが作製された金属微粒子分散エチルセルロース膜を、６５℃に保持した無電解ニッケルメッキ液（上村工業製ニッケル‐りん系メッキ液）に浸漬し、２０時間放置し、金属微粒子分散エチルセルロース膜の微細パターンに対応した無電解ニッケルメッキからなる金属製型を得た。図２にそのＳＥＭ像を示す。金属微粒子分散エチルセルロース膜２１の上に無電解ニッケルメッキからなる金属製型２２が形成された。
【００３６】
比較例１〜２
表１に示す条件で実施例と同様に金微粒子分散エチルセルロース膜を作製したが、得られた金属微粒子分散エチルセルロース膜は、表面及び断面に粉末状金微粒子分散エチルセルロースが残存し、平滑面は得られなかった。また、実施例と同様にグリーンレーザ光を照射して微細加工を行っても、鮮明な微細パターンは得られなかった。
【００３７】
【発明の効果】
【００３８】
【００３９】
請求項１記載の発明は、金属微粒子、高分子、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金属微粒子分散高分子を作製し、前記粉末状の金属微粒子分散高分子を金型に充填してプレスし、前記金型を加熱することによって得られた金属微粒子分散高分子膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金属微粒子分散高分子膜表面に無電解メッキを形成し、前記金属微粒子分散高分子膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法であって、膜厚数百μｍから数ｍｍに及ぶアスペクト比の高い金属微粒子分散高分子膜に無電解メッキを形成すること によって金属製型を製造するため、従来のように無電解メッキ液中での基板からの剥離のような不具合が発生することなく、金属微粒子分散高分子膜の微細パターンに対応した金属製型を提供することができる。
【００４０】
請求項２記載の発明は、金微粒子、エチルセルロース、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを作製し、前記粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを金型に充填してプレスし、前記金型を金型温度が１４０℃以上１５０℃以下の温度に達するまで加熱することによって得られた金微粒子分散エチルセルロース膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金微粒子分散エチルセルロース膜表面に無電解メッキを形成し、前記金微粒子分散エチルセルロース膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法であって、膜厚数百μｍから数ｍｍに及ぶアスペクト比の高い金微粒子分散エチルセルロース膜に無電解メッキを形成することによって金属製型を製造するため、従来のように無電解メッキ液中での基板からの剥離のような不具合が発生することなく、金微粒子分散エチルセルロース膜の微細パターンに対応した金属製型を提供することができる。
【００４１】
請求項３記載の発明は、前記無電解メッキが無電解ニッケルメッキである請求項１または２記載の金属製型の製造方法であって、金属微粒子分散高分子膜の微細パターンに対応した良好な無電解ニッケルメッキによる金属製型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）金微粒子分散エチルセルロース膜に形成された線状パターンのＳＥＭ像（ｂ）金微粒子分散エチルセルロース膜に形成された点状パターンのＳＥＭ像
【図２】 金属微粒子分散エチルセルロース膜の上に形成された金属製型のＳＥＭ像
【図３】 金属微粒子分散高分子膜への微細加工のためのレーザ光照射系の概略図
【図４】 金属微粒子分散高分子膜を製造するための平金型の断面図
【符号の説明】
１ レーザー光源
２ ミラー
３ ハーフミラー
４ 光学顕微鏡
５ ＸＹＺステージ
６ 金属微粒子分散高分子膜
７ 対物レンズ
８ ＣＣＤカメラ
９ ＴＶモニター
１０ 上金型
１１ 下金型
１２ 粉末状の金属微粒子分散高分子
２１ 金属微粒子分散エチルセルロース膜
２２ 無電解ニッケルメッキからなる金属製型
Claims (3)
- 金属微粒子、高分子、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金属微粒子分散高分子を作製し、前記粉末状の金属微粒子分散高分子を金型に充填してプレスし、前記金型を加熱することによって得られた金属微粒子分散高分子膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金属微粒子分散高分子膜表面に無電解メッキを形成し、前記金属微粒子分散高分子膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法。
- 金微粒子、エチルセルロース、及び溶剤を混練して混合物を作製し、前記混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを作製し、前記粉末状の金微粒子分散エチルセルロースを金型に充填してプレスし、前記金型を金型温度が１４０℃以上１５０℃以下の温度に達するまで加熱することによって得られた金微粒子分散エチルセルロース膜にレーザ光を照射し加工する工程からなる微細加工方法によって微細加工された金微粒子分散エチルセルロース膜表面に無電解メッキを形成し、前記金微粒子分散エチルセルロース膜を除去することを特徴とする金属製型の製造方法。
- 前記無電解メッキが無電解ニッケルメッキである請求項１または２記載の金属製型の製造方法。
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