JP4270005B2 - 孔構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多数の微小な貫通孔を有する樹脂板からなる孔構造体の製造方法に関する。より具体的には、多数の微小な非貫通孔を有する樹脂板を形成し、該非貫通孔底部の薄い樹脂膜（樹脂残膜）を、超音波により除去することを特徴とする孔構造体の製造方法に関するものである。

微小な貫通孔を多数有する孔構造体は、流体噴出装置のノズル、流体攪拌装置、時計やマイクロマシン等の部品、光学部品や電子部品、磁気部品、フィルター等に利用可能であり、その効率的な製造方法の開発が望まれている。

このような微小な貫通孔を多数有する孔構造体の製造方法として、セラミック板にレーザ加工して多数の貫通孔を形成する方法が提案されている（特開平７−８０３６９号公報）。又、金属板にレーザ加工して貫通孔を形成する方法（ＷＯ０１／０７１０６５号公報）や、リソグラフィーと電気めっきの組合せにより貫通孔を有する金属板を製造する方法も提案されている。

しかし、レーザ加工は、加工に必要な閾エネルギーが高く高パワーのレーザが必要になるとともに、加工レート、生産性が低いために、製造コストが高くなる。又、閾エネルギーが高いため離散的な管理しかできないことや、１ショット毎のパワーが変動するために、孔径が安定しないとの問題がある。又、電気めっきを利用する製法も、生産性が低く、製造コスト面では不利である。そこで、セラミック板や金属板の代りに、成形や加工が容易な樹脂板を用い、より低い製造コストで、かつ安定した孔径が得られる孔構造体の製造方法の開発が望まれていた。

貫通孔を有する樹脂板の製造方法としては、金型柱を有する金型に、該金型柱の高さよりも薄く樹脂シロップを流し込み硬化させる方法、又は金型柱上に樹脂シートを置き、該樹脂シートを加熱溶融した後プレスし、冷却硬化させる方法が考えられる。しかし、現在広く使用されている孔構造体は、１ｍｍ^２に数百もの貫通孔を有し、貫通孔は径が数μｍ程度と微小である。従って、該金型柱も数μｍ程度の細さとする必要があり、樹脂流等により変形しやすいので、その位置を固定するための金属構造体（キャッチャー）を施す必要がある。

キャッチャーは、各金型柱に対応する孔を有し、各孔を各金型柱に適合して該金型柱を固定するものである。従って、キャッチャーの孔も微小でありかつ各金型柱と正確に適合する必要がある。そこで、該金型及びキャッチャーは非常に高位置精度で製造する必要があり、又樹脂板の製造時には多数の微小な金型柱及び孔をそれぞれ適合する必要があるので、生産性の低下を招いていた。

又、成形時に、微小な金型柱の変形を防ぐためには、樹脂シロップや溶融された樹脂の粘度を下げる必要がある。この場合、金型柱とキャッチャーの孔との間のクリアランスに樹脂が毛管現象により入り込み、成形後、貫通孔の開口部周囲に突起が形成され、その除去が必要となるとの問題も生じる。さらに、前記の方法では、樹脂の硬化後の、金型と孔構造体との離型が困難な場合もある。

そこで、樹脂板を用いて孔構造体を製造する方法であって、キャッチャー等を必要とせず、生産性の向上、製造コストの低下が可能な孔構造体の製造方法の開発が望まれていた。
特開平７−８０３６９号公報 ＷＯ０１／０７１０６５号公報

本発明は、樹脂板を基材とし、微小な貫通孔を多数有する孔構造体を、容易に低い製造コストで製造することができ、かつ安定した孔径を得ることができる孔構造体の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、微小な非貫通孔を多数有する樹脂板を形成し、該非貫通孔底部の薄い樹脂膜（樹脂残膜）に超音波を印加して、該樹脂残膜を除去することにより、微小な貫通孔を多数有する孔構造体が容易に得られ、かつ安定した孔径が得られることを見出し、本発明を完成した。

本発明は、請求項１として、一方の表面にのみ開口する非貫通孔を有する樹脂板を形成する工程、及び該非貫通孔の底部に超音波を印加することにより該底部の樹脂を除去して孔を貫通させる工程を有することを特徴とする孔構造体の製造方法を提供するものである。

本発明の製造方法では、セラミック板や金属板の代わりに、樹脂板を基材として孔構造体が製造される。従って、孔の形成はレーザ加工や電気めっき等によらないので、製造コストを下げることができる。又、非貫通孔を多数有する樹脂板を、後述するような方法で形成することにより、孔径が安定し、又、キャッチャーを用いなくても優れた位置精度で孔を形成することができる。

さらに、前記の貫通孔を有する樹脂板の製造の場合は、樹脂の硬化後の、金型と孔構造体との離型が困難な場合があるが、非貫通孔を有する樹脂板は、貫通孔を有する樹脂板よりも剛性が高く、又非貫通孔を有する樹脂板を金型とは反対側にあるプレート等に接着させて離型を行うことができるので、貫通孔を有する樹脂板の場合より離型は容易である。

樹脂板に形成される非貫通孔は、後工程においてその底部の樹脂残膜が除去されて、貫通孔となる部分である。従って、微小な貫通孔を多数、狭ピッチで有する孔構造体を製造するためには、微小な非貫通孔を多数、狭ピッチで有する樹脂板を形成する必要がある。又、目的とする孔構造体の貫通孔と、同じ形状を有する必要がある。例えば、目的とする貫通孔の断面がテーパ状の場合は、該非貫通孔の断面形状もテーパ状である。

該非貫通孔は、一方の板表面にのみ開口し、他方の板表面には開口していない。ただし、超音波による樹脂残膜の除去、孔の貫通をより容易にするために、該非貫通孔の底部は他方の板表面近傍にあること、すなわち、該底部と他方の板表面間の樹脂膜（樹脂残膜）は薄いことが好ましく、具体的には、樹脂残膜の厚みは１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは５μｍ以下である。

非貫通孔が形成される樹脂板の材質としては、ＰＭＭＡ、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＳ、ＰＳＦ、ＰＥＥＫ、ＰＩが例示される。又、樹脂板としては、通常厚み１０〜５００μｍの樹脂フィルムが用いられる。

樹脂板への非貫通孔の形成は、通常は、樹脂の成形により行う。樹脂の成形方法としては、熱成形及びＵＶ成形、ホットエンボス、射出成形が例示される。いずれの方法も採用可能であるが、通常は、樹脂残膜の厚さを薄くすることができるホットエンボスが好ましい。

ここで熱成形とは、キャビティーと、その先端がキャビティー底部と微小な間隔（樹脂残膜の厚み相当）を保って配置されている多数の金型柱から構成される金型に、樹脂シロップ（特にＰＭＭＡ、エポキシ、シリコン樹脂等のシロップ）層を流し込み、加熱重合して硬化、成形する。その後、金型から該成形体を離型することで、非貫通孔を有する樹脂板を形成することができる。厚さ精度が不足している場合は、研磨を行う。成形時に発生する気泡等を抑制するために、窒素等の高圧ガスで樹脂シロップに圧力をかけてもよい。超音波による貫通孔の形成をより容易にするために、開口していない側の樹脂面を薄く研磨した後に、超音波を印加してもよい。断面がテーパ状の貫通穴が必要な場合は、テーパ形状の金型を用いればよい。

ＵＶ成形とは、樹脂シロップにＵＶ光を当てることで硬化させる方法であり、他は前記の熱成形と同じである。本発明の請求項２は、これらの態様に該当し、前記の孔構造体の製造方法であって、非貫通孔を有する樹脂板を形成する工程が、熱成形又はＵＶ成形により行われることを特徴とする孔構造体の製造方法を提供するものである。

ホットエンボスとは、樹脂板並びに金型を樹脂板を構成する樹脂のガラス転移温度以上に加熱して成形可能とし、樹脂板を金型に押し当てて非貫通孔を形成し、ガラス転移温度以下に冷却後、離型することで成形体を得る方法である。この方法で行えば、残膜厚５μｍの非貫通成形体が製造可能であり、該残膜部分への超音波の印加により容易に貫通孔が成形できる。本発明の請求項３は、これらの態様に該当し、前記の孔構造体の製造方法であって、非貫通孔を有する樹脂板を形成する工程が、ホットエンボスにより行われることを特徴とする孔構造体の製造方法を提供するものである。

前記の方法等によりその底部に樹脂残膜（薄膜部分）を有する非貫通孔が形成されるが、本発明の製造方法は、該薄膜部分に超音波を印加して該薄膜部分を除去し、貫通孔を形成することを特徴とする。超音波を印加する方法としては、非貫通孔が形成された樹脂板を、超音波洗浄する方法等が挙げられる。

用いられる超音波は、薄膜部分を除去することができるものであれば特に限定されない。しかし、薄膜部分を除去しやすく貫通穴を形成しやすい超音波は、薄膜部分の共振周波数の整数倍の周波数を有する超音波であるので、好ましくは、薄膜部分の共振周波数の整数倍の周波数を有する超音波が用いられる。

前記の熱成形、ＵＶ成形、ホットエンボス等に用いられる金型は、ＬＩＧＡ法、切削、研削、放電加工等の方法により製造することができる。ここで、ＬＩＧＡ法とは、導電性の基板の上に、リソグラフィーにより感光性樹脂層のパターンを形成し、該パターンの開口部に電気めっきにより金属層を形成し、感光性樹脂層及び基板を除去して該金属層からなる金型（金属構造体）を得る方法、又はその類似の方法である。この方法は、微細な成形体を精度よく得ることができる方法であるので、本発明に用いられる金型の製造に好適に利用される。

ＬＩＧＡ法のリソグラフィーに用いられる放射線としては、Ｘ線、ＵＶ等を挙げることができる。又、目的とする孔構造体の貫通孔の形状によっては、金型の断面形状を、例えば２段構造やテーパ状とする必要があるが、このような２段構造やテーパ状の金型もＬＩＧＡ法により得ることができる。

本発明の孔構造体の製造方法により、樹脂板を基材とし、微小な貫通孔を多数有する孔構造体を、容易に低い製造コストで製造することができ、かつ安定した孔径を得ることができる。

次に、本発明の孔構造体の製造方法を実施するための最良の形態を説明するが、本発明の範囲はこの形態に限定されるものではない。

図１は、非貫通孔を有する樹脂板を、熱成形により形成する方法を示す断面概念図である。キャビティー３と金型柱１１から構成される金型１のキャビティー３内に、熱重合により硬化する樹脂シロップ２が流し込まれており、その上から金型柱１１が、その先端がキャビティー３の底部に接せず所定の間隔を保つように、施されている。その後、樹脂シロップ２には熱が加えられて硬化する。硬化後、金型１を剥離、除去することにより、金型柱１１のあった部分が非貫通孔となり、非貫通孔を有する樹脂板が形成される。

樹脂シロップ２として、熱重合により硬化する樹脂の代わりに、光（ＵＶ）重合により硬化する樹脂のシロップを用い、熱を加える代わりに、該樹脂シロップ２にＵＶを照射する方法（ＵＶ成形）も採用することができる。ＵＶ成形は、他の点では、熱成形の場合と同様に行われる。

図２は、非貫通孔を有する樹脂板を、ホットエンボスにより形成する方法を示す断面概念図である。図２において、樹脂板４及び金型７は樹脂板４を構成する樹脂のガラス転移温度以上に加熱されており、かつ金型７は樹脂板４に押し当てられており、非貫通孔５が形成されている。その後、ガラス転移温度以下に冷却後、離型することで、非貫通孔５を有する成形体（樹脂板）が得られる。

図３は、ホットエンボスにより形成された非貫通孔を有する樹脂板に、超音波を印加して貫通孔を形成する工程を示す断面概念図である。図中の点線部分が、非貫通孔５の底部の樹脂残膜（薄膜部分６）に該当する部分であり、この薄膜部分６が超音波の印加により破壊除去されて、貫通孔を有する樹脂板（孔構造体）８が形成される。超音波による除去では、いわゆるバリ等の発生もなく、形成後の処理も容易であり好ましい。

なお、図３の例では、ホットエンボスにより形成された樹脂板が用いられているが、熱成形、ＵＶ成形等の他の方法により形成された樹脂板についても、同様にして、超音波の印加により、貫通孔が形成される。

本発明の樹脂板を形成する工程の一例を示す断面概念図である。 本発明の樹脂板を形成する工程の他の一例を示す断面概念図である。 本発明の超音波の印加工程の一例を示す断面概念図である。

符号の説明

１、７ 金型
１１ 金型柱
２ 樹脂シロップ
３ キャビティー
４ 樹脂板
５ 非貫通孔
６ 薄膜部分
８ 貫通孔を有する樹脂板（孔構造体）

Claims (3)

1. 一方の表面にのみ開口する非貫通孔を有する樹脂板を形成する工程、及び該非貫通孔の底部に超音波を印加することにより該底部の樹脂を除去して孔を貫通させる工程を有することを特徴とする孔構造体の製造方法。
2. 非貫通孔を有する樹脂板を形成する工程が、熱成形又はＵＶ成形により行われることを特徴とする請求項１に記載の孔構造体の製造方法。
3. 非貫通孔を有する樹脂板を形成する工程が、ホットエンボスにより行われることを特徴とする請求項１に記載の孔構造体の製造方法。
   
   

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