JP4678731B2 - ハニカム構造体又は微細複合部品の製造方法 - Google Patents

Description

複数の微細な部材で構成される高精度なプラスチック成形品の成形技術に関するものであり、複写機、ファクシミリ、固体走査型プリンタ等の光走査系に用いられるプラスチックレンズやレンズ付き光伝送の導波路等およびデジタルカメラ等の受光素子レンズの製造や、光ファイバープレート（プロジェクターのスクリーン、タッチパネル、電子写真プロセスを用いた感光体、ディスプレイ等に利用されるもの）の製造に応用できるものである。

複数の微細な部材で構成される高精度なプラスチック成形品の従来技術として、具体的には、次の「１．微細レンズアレイに関するもの」、「２．微細光ファイバーアレイに関するもの」がある。

１．微細レンズアレイに関する従来技術
微細レンズアレイ（マイクロレンズアレイ）の製造に関連する従来技術として、特開平１−１０７２０２号公報（特許文献１）に記載されているもの、特開２００４−３４１４７４号公報（特許文献２）に記載されているもの、特開２００４−４５５８６号公報（特許文献３）に記載されているものがある。

特開平１−１０７２０２号公報（特許文献１）のものはレンズアレイの製造方法であり、光軸を揃えて並べた屈折率分布型円柱状レンズ列を成形用型内に配置した後、樹脂材料を型内に注入することにより、レンズ列と注入樹脂とを一体的に成形するものである（同公報の図６乃至図１０を参照）。

また、特開２００４−３４１４７４号公報（特許文献２）に押し出し成形による光学部品の製造方法が記載されており、これは押し型の寿命が長く、レンズに歪みや光学的に不具合な癖がなく、本体装置に精度よく容易に組み込むことができる光学部品の製造方法を提供することを課題とするものであり、そして、これは、予め多数の連設孔２７が形成されているレンズ連設素材２６を下押型２８に載置し、その連設孔２７にそれぞれレンズ素材２５を設定し、下押型２８及び上押型２９にはそれぞれ連設孔２７の径よりも小さな有効径のレンズ下面型２８−１とレンズ上面型２９−１がそれぞれ形成されており、上下の押型は、ほぼレンズ素材２５を押圧するだけの押圧負荷でレンズを成形することができ、レンズ素材２５とレンズ連設素材２６にそれぞれ異なる素材を用いることでレンズの光学的なノイズを抑制することができ、また、レンズ連設素材２６に金属を使用することにより本体装置への組み込みにおける半田付けを容易にするものである（同公報の図１を参照。符号は同図のもの）。

また、特開２００３−８０５４３号公報（特許文献４）のものは、複合精密成形品の製造方法であり、遮光部の薄い複合精密成形品及びその製造にも対応でき、１次加工品と２次加工装置との位置合わせ不良を解消して、高転写性で高精度な寸法精度の複合精密成形品を製造できるものである。そして、１次加工品（１）と金型（３ｂ）とに相対する形状の基準位置（１１ａ、１１ｂ）を設け、セッティング時の位置を調整し、寸法差の調整は、１次加工品（１）又は金型（３ａ、３ｂ）を熱膨張又は収縮させるか、または１次加工品の寸法を機械的に調整して行い、また、１次加工品（１）を製造装置（５）に位置保持する開始タイミングは、相対位置を検出するか、温度を検出して相対位置を線膨張係数から算出するか、温度と寸法により算出した時間にて制御し、さらにまた、１次加工品（１）がガラス転移点より３〜２５℃高い温度に達した時点を、２次加工の開始タイミングとするものである（同公報の図４を参照。符号は同図のもの）。

また、特許第３５２１４６９号公報（特許文献５）のものは樹脂製レンズアレイの製造方法であり、平面基板の片面に透明樹脂を均一な厚みに塗布した樹脂層を形成し、当該面を遮光性材料からなる複数の貫通穴を持つ穴付き板に圧着し、前記樹脂の一部を前記穴付き板の貫通穴に押し出してレンズ部分を成形し、その後前記樹脂を硬化させレンズアレイシートを形成するとともに、前記樹脂層にて前記基板と前記穴付き板とを接着固定することを特徴とする樹脂製レンズアレイの製造方法（同公報の図１を参照）。

また、特開２００４−４５５８６号公報のものは遮光層を有するマイクロレンズアレイシートの製造方法であり、遮光層を有するマイクロレンズシートを提供することを目的とし、透明な支持体の一方の面にマイクロレンズが形成され、反対面に、透光性の感光性層もしくは熱可塑性樹脂層と、黒色に着色された粘着性を有する紫外線硬化型樹脂層と、保護フィルム層とがこの順に積層されてなるマイクロレンズアレイシートのレンズ面側から、紫外線を照射することにより、マイクロレンズにより集光した部分に対応する前記紫外線硬化型樹脂層を硬化させて、該集光部の硬化樹脂層を前記保護フィルム層に転移させ、該保護フィルム層を剥離することにより、前記集光部の硬化樹脂層を透光性の感光性層もしくは熱可塑性樹脂層から剥離し、一方、透光性の感光性層に密着して残る非集光部に対応する前記紫外線硬化型樹脂層からなる遮光パターンを形成する方法により得られることを特徴とする遮光層を有するマイクロレンズアレイシートである（同公報の図３を参照）。

〔レンズアレイ製造上の問題〕
例えば、図１に示すような微細ハニカム構造の微細複合部品、すなわち、格子状の遮光部７１と遮光部間のレンズ部（透光部）７２からなる微小レンズアレイ（マイクロレンズアレイ（例えばレンズ数１００個以上）を製造するについては、次の（イ）（ロ）の点が問題である。
（イ）薄い遮光部を形成すること、
（ロ）複合化したときの高い位置精度を確保すること。
ちなみに、上記特開平１−１０７２０２号公報のものは、レンズを並べた後に遮光材を注入するものであるから、上記（イ）の問題はないが、レンズの整列に時間を要するという問題がある。また、遮光部を形成した後透光部（例えばレンズ）を形成する方法が考えられるが、遮光部を形成した後に離型するとき遮光部が破損してしまうという問題がある。

また、例えば、遮光部の厚さが２０μｍ程度の微細なものは、通常の射出成形では樹脂の粘度が高くて当該部分へは充填されないので、遮光部を成形することが不可能である。
上記(ロ)の問題へ対応する方法として、特開２００４−３４１４７４号公報に示すように、遮光部の孔に略レンズを注入しプレスすることでレンズアレイを形成することが試みられている。しかし、これは遮光部の寸法が高精度であることが必要であり、またその位置合わせも高精度であることが必要である。そしてこれらを解決する方法として、特開２００３−８０５４３号公報に示すように、温度制御にて寸法管理をすることが試みられているが、装置が高価であり、また、成形サイクルが長くなる等のためにコストアップになる欠点がある。

また、これらの問題を解決する方法として、特許第３５２１４６９号公報（特許文献５）に記載されているものがある。これは、遮光部に透明シートを押しつけてシート材料の塑性変形でレンズ部を形成する方法である。レンズと遮光部の位置ずれを解消するには有効であるが、レンズの型が無いためにレンズ形状は自由に制御できない欠点がある。

特開２００４−４５５８６号公報のものは、マイクロレンズを形成した後、レンズの裏側に粘着性を有する紫外線硬化樹脂層を配置し、レンズを通して紫外線を照射集光させることで、遮光パターンを形成する方法であり、この方法もレンズと遮光部の位置ずれを解消するのに有効であるが、レンズ形状にて遮光寸法や形状が制約されてしまうという問題がある(特に集光に沿って硬化するためテーパー状の遮光パターンとなってしまう)。

１．光ファイバープレートに関する従来技術
〔従来例１〕
光ファイバーアレイの製造に関する従来技術は種々のものが公知である。そして、プラスチック光ファイバーアレイの製造方法及びプラスチック光ファイバーアレイに関する技術が特開２００４−１１８１１９号公報（特許文献６）に記載されている。このものは、コア表面が滑らかであって光伝送損失の軽微な光ファイバーアレイを簡易な製造装置で短時間に作製でき、低コスト化を図れるようにしたものであり、液体状の未硬化ＵＶ硬化性樹脂に、複数の棒が平行に配列された櫛状成形品を上から挿入してその棒端部をほぼ同時に上記樹脂に接触させた後に引き上げ、これに引っ張られて引き上げられた樹脂を硬化させることにより、複数のコア部を同時に形成し、このコア部全体を未硬化ＵＶ硬化性樹脂（クラッド用樹脂溶液）に漬けてから取り出してクラッド層を形成し、このクラッド層形成品を、未硬化で低粘性の熱硬化性樹脂とともに容器に入れ、その後に容器ごと加熱して全体を硬化させ、保護部を形成し、然る後に櫛状成形品の一部を含む両端部を切断し、断面を研磨して仕上げを行うものである。

〔従来例２〕
また、発泡体及びその製造方法に関する技術が特開平８−１１２８７３号公報（特許文献７）に記載されている。このものは、軽量性、断熱性及び圧縮強度に優れた発泡体を得ることを目的とするものであり、シート状発泡体は、水平断面形状が格子状の熱可塑性樹脂体の各四角形状の中空部内に、発泡倍率が２０倍である熱可塑性樹脂高発泡体が熱可塑性樹脂体と一体的に形成されている。

〔従来例３〕
さらに、ハニカム構造体及びその製造方法に関する技術が特開平１０−８０９６４号公報（特許文献８）に記載されている。このものは、強度及び透明性が高く、経時的にも品質の安定なハニカム構造体及びその製造方法を提供するものであり、樹脂中に多角柱形状のセルを３次元的に高密度に充填してなり、これらセルを、セル壁間に接合部を設けずに形成するものであり、セルは、樹脂中に発泡性物質を３次元的に規則正しく配置した後に、該発泡性物質を発泡させることにより、３次元的に形成されるものである。

ところで、たとえば、プラスチック光ファイバーアレイの製造方法において、アレイ状に光ファイバーを一本一本並べる従来の方式では、非常に時間を要し、能率的でない。そこで、図１５に示すように、液体状の未硬化ＵＶ硬化性樹脂２に、複数の棒が平行に配列された櫛状成形品１を上から挿入してその棒端部をほぼ同時に上記樹脂２に接触させた後に引き上げ、これに伴って引き上げられた樹脂を硬化させ、これをコア部とし、その周りにクラッド部を形成することでプラスチック光ファイバーアレイを短時間に簡易に製作する方法が提案されている。これが上記特許文献６に記載されている技術である。

なお、本願の図１５は特許文献６の図１に相当するものであり、３は樹脂性保持部材、４はコア部、５は照射器、６は未硬化ＵＶ硬化性樹脂液、７はクラッド層形成品、８は熱硬化性樹脂、９は容器、１０はテーパー状光ファイバーアレイである。

上記従来技術は以上のようなものであるが、しかし、これは引き上げて引き伸ばす方式によるものであるので、引き上げるにつれてコア部が細ってしまう。したがって、光利用効率が低いプラスチック光ファイバーアレイしか得られない。これに対して、本願発明は上記従来技術とは逆に、先にクラッド部を延伸形成し、その内部空間にコア材を注入しプラスチック光ファイバーアレイを形成するものである。
そして、この方法によるときに問題となるのがクラッド部（ハニカム構造）の成形加工方法である。

他方、従来のハニカム構造の成形加工方法として、特公昭５６−３４７８０号公報（特許文献９）に示されているように、プラスチックを逃がす穴がある加熱プラテンに挿入し、加熱加圧後に加熱プラテンを開き、プラスチックを延伸させることでハニカム形状を得るものであるが、これはプラスチックを用いているために厚い隔壁となることが避けられない欠点があり、このためにこれを利用することはできない。

また、特許文献７に記載されているものや、特許文献８に記載されているものにおいても、熱可塑性のプラスチックを用いているために同様の問題がある。
他方、薄膜を製作する方法には、シャボン玉に代表されるように、界面活性剤を含んだ水を延伸させる方法があり、数ｎｍ〜数μｍの薄膜の制作が可能である。しかし、これは、静電反発力や疎水基間相互作用やマランゴニー効果によるものであり（プラスチックにはこの効果は無い）、乾燥するにつれて前記効果は薄れ薄膜は崩壊する。

また、発泡工程においては、独立した空間を配置し、同時に発泡膨張させることが重要である。なぜなら、一つずつ発泡させると各気泡が球形になってしまい、全体がハニカム形状にならないからである。特開平８−１１２８７３号公報（特許文献７）のもの、特開平１０−８０９６４号公報（特許文献８）のものでは、加熱発泡を試みているが、この方法による場合は、温度が均一でないと発泡時間が場所毎にばらつき、そのためにきれいなハニカム構造にはならない。また、特公昭５６−３４７８０号公報（特許文献９）のものでは、プラテンを開く動作の延伸力にてハニカム形状を形成しているが、これも粘度が均一になるように制御することが重要で、かつ困難である。

特開平１−１０７２０２号公報 特開２００４−３４１４７４号公報 特開２００４−４５５８６号公報 特開２００３−８０５４３号公報 特許第３５２１４６９号公報 特開２００４−１１８１１９号公報 特開平８−１１２８７３号公報 特開平１０−８０９６４号公報 特公昭５６−３４７８０号公報

この発明は、以上の従来技術を背景として、
（１）隔壁の厚みが薄く微細で細長いハニカム構造を得るについて、隣接する多数の独立シェルの膨張時間や膨張量が同じで、多数の独立シェルによるハニカム構造をバランス良く成長させることができ、また、そのハニカム構造体がその形態を維持したままで迅速に固化されるように、微細なハニカム構造体の製造方法を工夫することを主たる課題とし、（２）また、当該微細ハニカム構造を利用して、薄い遮光部を形成し、高い形状寸法精度の微小レンズアレイを簡単に製造できるように、その製造方法を工夫することを従たる課題１とし、
（３）さらに、当該微細なハニカム構造体を利用して、寸法精度が高く、光利用効率が高い光ファイバープレートを簡便に製造できるように、その製造方法を工夫することを従たる課題２とするものである。

上記主たる課題についての解決手段は次のとおりである。
所定の条件で塑性変形機能を有する第１素材にて、所望の位置に所定の独立した凹部を複数配置した第１基板の上記凹部に空間が生じるように同第１基板の表面を覆う第１工程と、該空間のガス圧力にて複数同時に該第１素材を膨張延伸させることで薄く細長い中空体を多数個一定方向に形成する第２工程とからなる微細なハニカム構造体の製造方法。
そして、上記製造方法においては、上記第１素材で覆われた側を減圧することで上記空間のガス圧力で上記第１素材を膨張延伸させることができる。
なお、上記の「独立した凹部」は、第１素材の裏側に貫通していたり、他の凹部に連通することなく、一つの独立した空間を形成している凹部を意味する。

〔従たる課題１の解決手段〕
従たる課題１の解決手段の基本は次のとおりである。
所定の条件で塑性変形機能を有する第１素材にて、所望の位置に所定の独立した凹部を複数配置した第１基板の凹部に空間が生じるように表面を覆う第１工程と、該空間のガス圧力にて複数同時に該第１素材を膨張延伸させることで薄く細長い中空体(後に第２素材を注入する箇所)を複数個一定方向に形成する第２工程と、該第１素材と該第１基板とを離すことなく第２素材を該中空体に注入し該中空体形状および該凹部形状を形成する第３工程からなることを特徴とする微細複合部品の製造方法。
そして、上記凹部を所定のレンズ形状とし、第１素材によるハニカム構造を遮光部とし、次いでレンズ型とハニカム構造(遮光部)とを分離することなしに上記中空体にレンズ材を注入しレンズ部を形成することで、上記微細複合部品としてレンズアレイを製造する製造方法である。

〔従たる課題２の解決手段〕
従たる課題２の解決手段は、主たる課題の解決手段におけるハニカム構造体の多数の中空部にハニカム材料（Ｂ）より屈折率が大きいコア材を同時に注入し、次いで、ハニカム材料を除去し、その空間にクラッド材を同時に充填することを特徴とする光ファイバープレートの製造方法である。

従たる課題２を解決して、隔壁の厚みが薄く微細で細長いハニカム構造を得るために、界面活性剤入り水溶液中に多数の気泡を配列させ、これらを同時に膨張させ、その形状が崩壊しないようにして乾燥させる方法を用いた。
特に同時膨張手段として、基板上面に凹形状の独立空間（凹部）を設けることや基板を包囲する雰囲気全体の圧力を制御する手段を用いた。
また、ハニカム構造の形状が崩壊しないように乾燥させる方法して、温度でゾルゲルに変化するゼラチン水溶液をハニカム材料として用い、一旦ゲル化し剛性を高めてから乾燥する方法を用いた。
なお、上記の「ハニカム材料」は、ハニカム構造を形成する材料である。

この発明のハニカム構造体の製造方法は、上面に微小凹部を高密度で多数配置した基板（Ａ）上面に所定の条件にて塑性変形機能を有するハニカム材料（Ｂ）を塗布して基板（Ａ）上面を被覆し、上記凹部とハニカム材料層とによる密閉空間のガス圧力にてハニカム材料（Ｂ）を延伸させて上記複数空間を同時に膨張延伸させることで、ミクロンメートルオーダーの薄い隔壁の細長い中空体を高密度で多数個一定方向に形成させてハニカム構造体を構成する方法において、基板（Ａ）の上記凹部は単独で存在しているものであることを特徴とするものである。

そして、上記のハニカム構造体の製造方法について、少なくともハニカム材料（Ｂ）で覆われた側を減圧することで該空間のガス圧力でハニカム材料（Ｂ）を延伸させることができる。

また、上記のハニカム構造体の製造方法について、そのハニカム材料（Ｂ）として、界面活性剤を添加したゼラチン水溶液を用いることができる。

また、上記のハニカム構造体の製造方法について、少なくともハニカム材料（Ｂ）で覆われた側に換気空間を設け、その側から乾燥させるようにすることができる。

また、上記のハニカム構造体の製造方法について、ハニカム材料（Ｂ）の基板（Ａ）に対する反対側の面に、ハニカム構造体のピッチより小さな貫通穴を有する構造体を接触させて乾燥空間を形成し、当該乾燥空間の側から乾燥させるようにするのがよい。

また、上記凹部についてはこれを疎水処理するとよく、さらに、上記凹部内の壁面幅は入り口幅以上であるのがよい。

次いで、従たる課題２の解決手段の主な構成要素について説明する。
１）ハニカム状に膨張する手段
複数の凹形状を配置した基板構造と、その凹部は空間ができるようにハニカム材料を塗布する手段を講じた。
２）ハニカム隔壁の薄膜形成手段
（１）温度にてゾルゲルに変化するゼラチンを溶解した界面活性剤入り水溶液をハニカム材料として用いる。
（２）乾燥収縮手段を用いる。
なお、この乾燥収縮手段は、この場合は圧力制御装置による減圧を意味し、ゼラチンに含まれる水分の蒸発を加速すると共に、水分蒸発による体積収縮に伴う膜の薄肉化をするものである。

３）ハニカム形状を維持したまま固化させる手段
（１）温度にてゾルゲルに変化するゼラチンを溶解した界面活性剤入り水溶液をハニカム材料として用いる。
（２）膨張時はゾル状の温度に、膨張後はゲル状の温度になるように制御する。
（３）ハニカム材料の膨張方向は拘束せず、乾燥しやすくするための環境空間を確保する。（これも減圧による水分蒸発を意味し、乾燥による固化を図っている。）
４）その他
減圧手段で減圧することにより、同時膨張と高速乾燥の２つの効果を奏させる。

〔光ファイバープレートの製造方法〕
また、この発明の「光ファイバープレートの製造方法」は、以上の「微細ハニカム構造体の製造方法」を基礎とするものであり、当該製造方法で製作された微細ハニカム構造体の中空部にハニカム材料（Ｂ）より屈折率が大きいコア材を同時に注入して、多数の光ファイバーを高密度のアレイ状に配置して形成する、光ファイバープレートの製造方法である。

また、この発明の「光ファイバープレートの製造方法」は、「微細ハニカム構造体の製造方法」で作られたハニカム構造体の中空部にコア材を注入し、次いで、ハニカム材料（Ｂ）を除去し、その空間にクラッド材を同時に充填して多数の光ファイバーを高密度のアレイ状に配置して形成する、光ファイバープレートの製造方法である。

（１）請求項１の発明
所定の条件で塑性変形機能を有する第１素材にて、所望の位置に独立した所定の凹部（外部や他の凹部と連通していない微細な凹部）を多数配置した第１基板の上記凹部に空間が生じるように同第１基板の表面を覆う第１工程と、該空間のガス圧力にて複数同時に該第１素材を膨張延伸させることで薄く細長い中空体を多数個一定方向に形成する第２工程とからなる微細なハニカム構造体の製造方法であるから、極めて高密度に配置され、第１素材の隔壁で隔離された多数の独立空間を同時に、かつ高精度で形成することができる。

（２）請求項２の発明
上記第１素材で覆われた側を減圧することで上記空間のガス圧力で上記第１素材を膨張延伸させるものであるから、極めて高密度に配置され、第１素材の隔壁で隔離された多数の独立空間を同時に、極めて容易、迅速に形成することができる。

（３）請求項３の発明
第１工程では凹部に空間を形成し、第２工程にて第１素材を膨張延伸させるので、複数の中空体が同時に形成出来る。
第３工程にて第２素材を該中空体に注入形成するので、複数の該中空体形状および該凹部形状を同時に形成することができる。
特に第１,２工程にて得られた第１素材と第１基板とを分離することなしに第３の行程を行うことで、それぞれで得られた部分間の位置寸法が全く狂わないもの(高精度な寸法精度)もの）を容易に製造することができる。

（４）請求項４の発明
請求項３の発明と同様に、第１素材と第１基板とを分離することなしに第３、第４の工程を行うので、互いの位置精度を狂わすことなく高精度に容易に製造することができる。

（５）請求項５の発明
上記第２基板を用いることで、高い形状精度を得ることができ、例えば、平板形状の第２基板を使うことで高さが揃った中空体を容易に製造することができる。

（６）請求項６の発明
上記第２工程において、減圧することで該凹部空間のガス圧力を発生させることができる。特に減圧を用いることで凹部空間は、どの箇所もまたどの時間においても均一なガス圧であるため、均一な体積および形状の中空体を製造することができる。

（７）請求項７の発明
減圧下状態で第２素材を該中空体開口部に塗布しその後に大気圧以上に増圧することで、第２素材を該中空体に注入することができる。特に気圧差を利用しているので均等な静圧が発生しするため第２素材の注入がばらつきなくおこなわれる。製造過程においても、第1,２工程を同装置内で連続的におこなうことが可能であるから、製造コストは廉価である。

（８）請求項８の発明
遠心力を用いるので、第２素材を上記中空体に注入することができる。特に遠心力を用いた場合は比重差があるものを簡単に分離できる特徴があるため、中空体内のガスを外に出し、液体の第２素材を該中空体に容易に取り込むことができる。

（９）請求項９の発明
上記微細複合部品として微細レンズアレイ（マイクロレンズアレイ）を製造することができる。

（１０）請求項１０の発明
上記第２基板は撥水機能をしているので、第２工程内で第１素材を該第２基板から容易に分離できるので、これで貫通した中空体を容易に得ることができる。

（１１）請求項１１の発明
上記第１基板の独立した凹部はレンズ形状であるので、第２工程ではガスが膨張するための機能を有し、第３工程および第４工程で、レンズアレイのレンズ形状を転写できる機能と上記機能の２つの機能を同時に有することができる。

（削 除）

（削 除）

（１２）請求項１２の発明
基板（Ａ）の凹部は独立して存在しているので、減圧時において、隣接する凹部と膨張時間や膨張量が同じになり、バランス良くハニカム構造を成長させることができる。

（１３）請求項１３の発明
少なくともハニカム材料（Ｂ）で覆われた側を減圧するので、隣接する凹部との膨張時間や膨張量が同じで、多数の独立シェルによるハニカム構造をバランス良く成長させることができる。

（１４）請求項１４の発明
ハニカム材料（Ｂ）は、界面活性剤を添加したゼラチン水溶液であるので、シャボン玉のように膜厚が薄くふくらみ、その後はゲル化するので形状を維持したまま乾燥する。また、ゾルゲルの変化点が４０℃近傍であるので、膨張量を大きくすることができる（低温での減圧が可能（水の沸騰を抑制）となり減圧度を高めることが出来る）。

（１５）請求項１５の発明
ハニカム材料（Ｂ）で覆われた側に換気空間を設けているので、その側から速やかに乾燥させることができる。

（１６）請求項１６の発明
基板（Ａ）の上記凹部がある上面を覆っているハニカム材料（Ｂ）に、ハニカム構造体のピッチより小さな空間を有する構造体が接触しているので、基板（Ａ）と構造体の空間位置を制御できるので、ハニカム材料（Ｂ）塗布時の膜厚みが均一となる。また、各貫通穴は、ハニカム構造体のピッチより小さな空間であるため形状を壊すことなしに膨張することができ、また、上記空間から換気することができるので、速やかに乾燥させることが出来る。

（１７）請求項１７の発明
上記凹部は疎水処理されているので、凹部にハニカム材料（Ｂ）が入ることなしに塗布することが可能である。

（１８）請求項１８の発明
上記凹部内の壁面幅は入り口幅より大きいので、当該凹部にハニカム材料（Ｂ）が入ることなく基板（Ａ）表面にハニカム材料（Ｂ）を塗布することが可能であり、また、基板（Ａ）表面のハニカム材料（Ｂ）との接触面積も小さいため塗布後のガス抜け（凹部からのガス漏れ）も少なくなり、減圧時の高膨張が可能である。

（１９）請求項１９の発明
請求項１２乃至請求項１８のいずれかの製造方法で製作されたハニカム構造体の中空部に、ハニカム材料（Ｂ）より屈折率が大きいコア材を同時に注入する方法なので、寸法精度が高く、光利用効率が高い光ファイバープレートを安価に早く製造できる。

（２０）請求項２０の発明
請求項１２乃至請求項１８のいずれかの製造方法で製作されたハニカム構造体の中空部にコア材を注入し、次いで、ハニカム材料（Ｂ）を除去し、その空間にクラッド材を同時に充填することにより、耐水性が高く、多様なコア材を使用した光ファイバープレートを製造出来る。

次いで図面を参照して、「１．レンズアレイの製造方法の実施例」、「２．光ファイバープレートの製造方法の実施例」を説明する。

１．レンズアレイの製造方法の実施例
〔実施例１〕（請求項３に関する加工方法。図１、図２）
レンズ型 (第１基板)について
レンズ型８０はレンズのピッチ等を決定し、そこから遮光材を成長させ、遮光壁(中空体)を形成する大本となる型である。また、その後レンズを形成する型でもある。材料は撥水機能があるシリコーンゴムからなり、レンズ面８０ａは格子配置し、φ１８０μmの半球面、ピッチは２００μmである。レンズ面８０ａがタテヨコそれぞれ１３個×１３個配置され、計１６９個のレンズアレイである。

遮光材(第１素材)について
遮光材８２は隔壁および遮光機能を有する材料であり、本例では屈折率が１．５６のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いており、カーボンブラックを０．５ｗｔ％添加して遮光機能を持たせている。なおこの主材はレンズ材８３と同じ屈折率のため、光の全反射が起きず光の吸収が効率良くなされる。

レンズ材(第２素材)について
この実施例１では、レンズ材８３として屈折率が１．５６のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いている。

圧力制御装置について
これは、ガスを圧縮及び減圧制御し、隔壁(中空体)の寸法(主に高さ)を制御するものである。

〔作用〕
この実施例１の工程は次のとおりである（図２参照）。
（１）紫外線が透過する平坦性の高いガラス板８１にスピンコートした遮光材８２をレンズ型へ設置し、遮光材を０．１〜１００μmの範囲の膜厚で塗布する。実施例１ではスピンコートして膜厚２０μmを形成した(第１工程)。
圧力制御装置１００はその雰囲気圧力を加減して所定圧力に制御できるものであり、この実施例１では、通常、０．１ＭＰａに制御されている。これはその後の工程でのガスの膨張量を制御するためのものである。

（２）上記の第１工程で作られたものを圧力制御装置１００に入れ、当該装置の圧力を０．００３ ＭＰａへ減圧する。この減圧によってレンズ部空間のガスの体積膨張が始まりその空間が拡張される。このとき、隣接した空間（レンズ部空間）も同時に膨張するので、個々の空間の横への広がりが規制され、当該空間は上方へ拡張される。この空間の隔壁８４が遮光壁となる。その後に、紫外線を約１０秒間照射して隔壁（遮光壁）８４を硬化させる(第２工程)。

圧力制御装置１００から形成物を取り出し、ガラス板８１をはずし、中空体にレンズ材８３を注入する。なお、この注入は遠心分離器によって３０００Ｇで、３０秒間で行う（第３工程）。このとき、レンズ型８０と遮光壁８４を分離させないことが重要である。

そして、紫外線が透過する鏡面板８５を載せ、紫外線を約１０秒間照射し、レンズ材８３を硬化させレンズ部８６を作製する(第４工程)。
最後にレンズ型８０と鏡面板８５を取り除き、完成品を得る。
なお、図示していないが、未硬化部(特に遮光部)がある可能性があるので、１５０℃に加熱し、完全硬化させるのが好ましい。

〔実施例２〕
実施例２は、遮光部を第２工程にわけた請求項２の発明の加工方法の実施例であり（図３参照）、 実施例１と比較して次の点が相違している。
（イ）その遮光部９４は遮光膜９４ａが隔壁９４ｂを取り囲んだ２部構成となっている点。
（ロ）隔壁材(第１素材)９２にアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いており、また、遮光膜(第３素材)９４ａがカーボンブラック粒を塗布して形成されたものである点。
その他の点は実施例１と違いがない。

〔作用〕
実施例２の製造方法の工程は図３に示すとおりであり、次の点を除き、実施例１の工程と違いがない。すなわち、隔壁９４ｂを形成した後に、揮発性溶剤にカーボンブラック粒を混ぜた遮光液を隔壁内に注入する。このとき、レンズ型８０は撥水性を有するから、遮光液は隔壁９４ｂの周りのみ付着し、その状態で乾燥することで、カーボンブラック粒が隔壁９４ｂに付着し遮光膜９４ａが形成される(第３工程)。

実施例２の実施例１との効果の違いは、隔壁材９２に遮光材が入っていないため、紫外線による硬化が効率良く行われる(短時間で完全硬化ができる)。また、遮光材を多く使用出来るために遮光／光吸収効果が大きく、光の漏れを最小限におさえることができる。

〔実施例３〕
実施例３は実施例１および実施例２の製造方法を用いたものであり（図４）、第１素材に屈折率１．４５のメタクリレート系ＵＶ硬化樹脂を用いてクラッド１０１とし、第２素材に屈折率１．５６のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いてコア１０２にすることで、先端部が半球状でレンズ効果がある光ファイバーアレイプレートを成形することが可能であり（図４（ａ））、また、先端部が円錐状で拡散機能を有する光ファイバーアレイプレートを成形することも可能である（図４（ｂ））。

〔実施例４〕
図１のものは格子配列でのマイクロレンズアレイの実施例であったが、図５に示す実施例４のものは千鳥配列でのレンズアレイの実施例である。すなわち、同様の方法によって千鳥状配列（図５参照）の微細レンズアレイを成形することもできる。なお、このときの遮光部の形状は図５に示されているように６角柱形状になる。

次いで、請求項１０の発明（撥水性のある第２基板を用いたもの）の効果について説明する（図６参照）。
撥水性無しの場合
撥水性が無い場合は図６に示すように片側が閉じた中空体構造となる。これは第１素材１１２と第２基板８１の濡れ性が高いため、第１素材１１２の膜が繋がった状態で硬化したことによる。

撥水性有りの場合
撥水性がある場合は実施例１,２(図２，３)のように両端とも開いた中空体構造となる。これは第１素材１１２と第２基板８１の濡れ性が低いため、第１素材１１２の膜が他の部分に移動したため生じた現象である。
よって、撥水性の有無によって、中空体構造を制御することが可能となる。

２．光ファイバープレートの製造方法の実施例
〔実施例１〕：ハニカム構造体の成形加工方法
この光ファイバープレートの製造方法の実施例１を図７乃至図９に示している。材料塗布装置２１上に温度制御装置２２があり、上面に高密度で多数の凹部２３を有する基板（Ａ）を温度制御装置２２上に装着し、この基板（Ａ）の上面に微細で高密度のハニカム構造体を形成させるものである。
この実施例１の構成、動作は、次の「２−１．実施例１の構成」、「２−２．実施例１の動作」のとおりである。

２−１．実施例１の構成
（１）基板（Ａ）
基板（Ａ）は、ハニカム構造のピッチ等を決定し、そこからハニカム構造を成長させる大本となるものであり、その材料はシリコーンゴムである。また凹部２３は千鳥に配置されており、φ２５μｍの半球形状で、ピッチは３８μｍである。
（２）ハニカム材料（Ｂ）
ハニカム材料（Ｂ）はハニカム構造を形成する材料であり、この材料は市販のゼラチン（商品名ゼライス）を精製水で５倍に希釈し、界面活性剤（ここでは、ドデシル硫酸ナトリウム）を１ｗｔ％添加したものである。このときのハニカム材料のゾルゲルの変位温度は３８℃近傍である。

（３）温度制御装置
温度制御装置２２は、温度を制御することでハニカム材料の粘度（ゾルゲル）を制御する。
（４）圧力制御装置
圧力制御装置２４は、ガスを圧縮及び減圧制御し、ハニカム構造の寸法（主に高さ）を制御し、また、乾燥速度を促進する。
（５）材料吐出装置
材料吐出装置２５はハニカム材料を基板（Ａ）の上面に所定量吐出するものである。
（６）材料塗布装置
材料塗布装置２１は、材料吐出装置２５から吐出された基板（Ａ）の上面上のハニカム材料（Ｂ）を所定の厚さに延展させて塗布するものである。この実施例１の材料塗布装置２１は遠心力を利用したスピンコート方式によるものである。

２−２．実施例１の動作
（１）圧力制御装置２４にて装置内の雰囲気圧力を制御する。この実施例１では、これを０．１ＭＰａに制御する。
これはこの後の工程でのガスの膨張量を制御するためのものである。
（２）温度制御装置２２によって基板（Ａ）の温度を制御する。加熱方法はヒータ、赤外線、マイクロ波の加熱等を用いることができるが、この実施例１では、電気式カートリッジヒータを用いている。
温度は変位温度近傍の３８℃に設定した。
これは、ハニカム材料（Ｂ）の粘度変化（ゾル化とゲル化）を制御するためのものである。

（３）材料吐出装置２５から基板（Ａ）上にハニカム材料（Ｂ）を吐出する。ほぼ同時に、凹部は空洞となるようにスキージやスピンコート等によってハニカム材料（Ｂ）を塗布する。この塗布による膜厚は０．１〜１００μｍの範囲で適宜選択できるが、この実施例１ではスピンコートにて膜厚１０μｍを形成した。
なお、材料吐出装置２５からの吐出時のハニカム材料（Ｂ）の温度は４５℃であり、低粘度のゾル状態である。
（４）基板（Ａ）の温度を、ハニカム材料（Ｂ）がゲル化する温度まで下げた後に装置内を減圧する。この実施例１では、温度制御装置の設定温度を２０℃に下げた後、装置内の圧力を圧力制御装置で０．００３ＭＰａへ減圧した（図８参照）。このように減圧させることで、凹部空間のガスの体積膨張が始まり空間が広まる。

このとき、隣接した凹部２３の空間も同時に膨張するので、横への広がりが規制されて上方へと空間は広がり、多数の空間が同時に広がるので、多数のシェル（この場合は独立気泡）３１が形成され、この多数のシェル３１によるハニカム構造体３０が形成される。その後、ハニカム材料（Ｂ）は温度低下とともにゲル化し、その形状を維持しながら乾燥固化する。なお、減圧することで乾燥時間は非常に短縮される。
（５）次に、圧力制御装置２４（圧力制御される密閉室）を開いて、そこから形成物（ワーク）を取り出す。

図９は取り出された形成物の拡大写真である。この実施例の形成物は膨張して１０分後に、圧力制御装置２４から取り出し、基板（Ａ）と分離してみたが、十分乾燥していて、その形状が崩れない程度の強度を有していた。基板（Ａ）から分離されたこのハニカム構造体３０の各シェル３１の寸法はφ３５μｍ、高さ１２０μｍ、隔壁厚み３μｍであった。

〔請求項１６の実施例〕
次に請求項１６の実施例を説明する。
請求項１６の実施例はハニカム構造体のシェルのピッチより小さな貫通穴を有する構造体（平板乾燥治具）２６をハニカム材料（Ｂ）に接触させた例である（図１０参照）。アルミニウムを陽極酸化させることで、厚み２００μｍの板に、直径０．１μｍ以下の小さな貫通穴を簡単に作ることが出来る。ハニカム材料（Ｂ）塗布時のその膜圧が均一になり、ハニカム構造体３０のシェルのピッチより十分小さな貫通穴であるため、各シェル（空室）３１の形状を壊すことなく、これを膨張させることが出来る。

〔請求項１８の実施例１〕
図１１は、基板（Ａ）の半球状の凹部２３にハニカム材料を塗布したときの問題を模式的に表している。すなわち、図１１（ａ）は、塗布後の凹部からガスがハニカム材料に溶解するか、または通過して外部に出て行く様子を図示したものである（図の左端の矢印）。また、それに伴いハニカム材料が凹部を満たす様子を図示したものである（図の左から２〜６番目の凹部）。図１１（ｂ）は、Young−Laplaceの式を図示したものである。気体圧力Piと液体圧力PLの圧力差はΔＰ＝Pi−PL＝σ(１/R1+１/R2)で表され、半径R1及びR2が小さいほどその圧力差は大きくなることを示している(ちなみに、σは液の表面張力である)。

凹部２３の直径が３０μｍ以下になると、Young−Ｌaplaceの式で表せるように気泡の圧力が増し、ガスが液体に吸収され、またはガスがハニカム材料（Ｂ）を透通して凹部２３から漏れてしまい、凹部２３に液体が入り込んでしまうという問題がある。このような問題を軽減させるために、図１２−１に示すように、凹部２３の開口部面積を小さくしている。
図１２−１に、開口部面積が小さい凹部（球状の凹部）２３ａを多数配列したものの断面を示しているが、この多数の凹部２３ａは基板（Ａ）にポリスチレン微小球体を密に並べ、その間を紫外線硬化樹脂で埋め、アセトン等の有機溶剤にてポリスチレン微小球体を除去する方法で成形加工することができる。
また、図１２−２は、基板（Ａ）に狭くて深い凹部を密に設けたものであり、これは、フォトリソグラフによって成形することができる。

〔請求項１９の実施例２〕：光ファイバーアレイの加工方法
請求項１９の実施例２を図１３−１、図１３−２及び図１４に示している。
実施例１において成形された、ハニカム材料（Ｂ）によるハニカム構造体３０は基板（Ａ）の側が開口し、反対側が閉じたハニカム構造を有するものである。
（１）上記実施例１で得られたハニカム構造体３０を、図１３−１(ａ)に示されているように上下反転させた状態にして、これに透明なコア材（この実施例では未硬化のＵＶ硬化樹脂）４１を注入する（図１３−１(ａ)）。この実施例１では屈折率が１．５６のアクリル系ＵＶ硬化樹脂を用いた。なお、微細なシェル３１にコア材４１を確実に十分に充填できるように、例えば、図１３−２に示すような遠心分離器５０を用いて３０００Ｇの圧力で３０秒間圧入させる。この場合は、回転ドラム５１にハニカム構造体３０を装着し、コア材４１を注ぎながら（図１３−２(ａ)）、回転ドラム５１を高速回転させ、コア材４１に作用する遠心力でシェル３１内にコア材４１を押し込み、シェル３１内の空気５２を押し出してコア材４１を充填させるようにする（図１３−２(ｂ)）。

（２）その後、紫外線を照射し、ＵＶ硬化樹脂を硬化させる（図１３−１(ｂ)）。
（３）このままでも光ファイバーアレイの機能はあるが、ハニカム構造の隔壁を形成しているハニカム材料（主成分がゼラチン）は耐水性が無く、また屈折率が比較的高いので、隔壁に遮光効果を持たせるためにハニカム材料（Ｂ）を他材料と置換する。そのために先ず、上記（２）で得られた光ファイバーアレイを浸水させてゼラチンを除去して、隙間４２を形成させる（図１３−１(ｃ)）。

（４）次いで、クラッド材４３（この実施例では、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート、屈折率１．４９）に対してカーボンブラックを０．５ｗｔ％添加し、揮発性溶媒で希釈したＰＭＭＡ樹脂溶液）をその隙間４２に注入（遠心分離器にて重力加速度３０００Ｇで３０秒間圧入）し、その後、乾燥させて、クラッド４４を形成させる（図１３−１(ｄ)）。
（５）以上の工程によって、φ３５μｍ、高さ１２０μｍ、クラッド厚み３μｍの微細で微小の光ファイバー４５による光ファイバープレート４０が、短時間で簡便に製作される。
そして、この光ファイバープレート４０の光利用効率は約２２％（光源との距離１５μｍ以下のとき）である。

はレンズアレイの一例の斜視図である。 はレンズアレイの製造方法の実施例１の説明図である。 はレンズアレイの製造方法の実施例２の説明図である。 （ａ）、（ｂ）は千鳥状配置のレンズアレイの断面である。 は千鳥状配置のレンズアレイの斜視図である。 は請求項１０の発明の効果説明用の参考図である。

は、光ファイバープレートの製造方法の実施例１を模式的に示す側面図である。 は、同実施例１によるハニカム構造の形成過程を示す拡大側面図である。 は、同実施例１によって成形されたハニカム構造の拡大図である。 は、光ファイバープレートの製造方法の他の実施例を模式的に示す側面図である。 は、半球状凹部にハニカム材料を塗布したときの問題の説明用図である。 は、球状凹部を備えた基板（Ａ）の他の例の側面図である。 は、フォトグラフで加工できる櫛歯状の凹部を有する基板（Ａ）の実施例の側面図である。 は、光ファイバーアレイ成形加工法の実施例を示す説明図である。 は、光ファイバーアレイ成形加工法の実施例において、遠心分離器によりハニカム構造体にコア材を充填する場合の説明図である。 は、上記実施例の光ファイバーアレイ成形加工法で製造された光ファイバーアレイの拡大図である。 は、光ファイバーアレイ製造方法の従来技術の説明図である。

（Ａ）：基板
（Ｂ）：ハニカム材料
２１：材料塗布装置
２２：温度制御装置
２３，２３ａ：凹部
２４：圧力制御装置
２５：材料吐出装置
３０：ハニカム構造体
３１：ハニカム構造のシェル
４０：光ファイバープレート
４１：コア材
４２：隙間
４３：クラッド材
４４：クラッド
４５：光ファイバー
５０：遠心分離器
５１：回転ドラム

７１：遮光部
７２：レンズ部
８０：レンズ型
８０ａ：レンズ面
８１：ガラス板
８２：遮光材
８３：レンズ材
８４：隔壁（遮光壁）
８５：鏡面板
８６：レンズ部
９２：隔壁材
９４：遮光部
９４ａ：遮光膜
９４ｂ：隔壁
１０１：クラッド
１０２：コア
１１２：第１素材

Claims (22)

1. 所定の条件で塑性変形機能を有する第１素材にて、所望の位置に所定の独立した凹部を複数配置した第１基板の上記凹部に空間が生じるように同第１基板の表面を覆う第１工程と、該空間のガス圧力にて複数同時に該第１素材を膨張延伸させることで薄く細長い中空体を複数個一定方向に形成する第２工程とからなる微細なハニカム構造体の製造方法。
2. 上記第１素材で覆われた側を減圧することで上記空間のガス圧力で上記第１素材を膨張延伸させることを特徴とする請求項１のハニカム構造体の製造方法。
3. 所定の条件で塑性変形機能を有する第１素材にて、所望の位置に所定の独立した凹部を複数配置した第１基板の上記凹部に空間が生じるように同第１基板の表面を覆う第１工程と、該空間のガス圧力にて複数同時に該第１素材を膨張延伸させることで薄く細長い中空体を複数個一定方向に形成する第２工程と、該第１素材と該第１基板とを離すことなしに第２素材を上記中空体に注入し該中空体形状および上記凹部形状を形成する第３工程からなることを特徴とする微細複合部品の製造方法。
4. 所定の条件にて塑性変形機能を有する第１素材にて、所望の位置に所定の独立した凹部を複数配置した第１基板の凹部に空間が生じるように表面を覆う第１工程と、該空間のガス圧力にて複数同時に該第１素材を膨張延伸させることで薄く細長い中空体を複数個一定方向に形成する第２工程と、該第１素材と該第１基板とを離すことなく第３素材を中空体の側壁に付着させる第３工程と、該第１素材と該第１基板とを離すことなく第２素材を該中空体に注入し該中空体形状および該凹部形状を形成する第４工程からなることを特徴とする微細複合部品の製造方法。
5. 上記第１素材を上記第１基板と所定形状の第２基板とで挟み込んだ状態で膨張延伸を行うことを特徴とする請求項１、請求項３又は請求項４の微細複合部品の製造方法。
6. 上記第２工程において、減圧することで該凹部空間のガス圧力を発生させることを特徴とする請求項３又は請求項４の製造方法。
7. 上記第２素材を上記中空体に注入する方法において、減圧した状態で第２素材を該中空体開口部に塗布しその後に大気圧以上に増圧することを特徴とする請求項３又は請求項４の微細複合部品の製造方法。
8. 上記第２素材を該中空体に注入する方法において、減圧した状態で第２素材を該中空体開口部に塗布しその後に遠心力を付加することを特徴とする請求項３又は請求項４の微細複合部品の製造方法。
9. 上記微細複合部品がレンズアレイである、請求項３又は請求項４の微細複合部品の製造方法。
10. 上記第２基板が撥水機能を有することを特徴とする、請求項５の製造方法を実施するための微細複合部品の製造装置。
11. 上記第１基板の凹部がレンズ形状であることを特徴とする、請求項９の製造方法を実施するためのマイクロレンズアレイの製造装置。
12. 上面に微小凹部を高密度で複数配置した基板（Ａ）上面に所定の条件にて塑性変形機能を有するハニカム材料（Ｂ）を塗布して基板（Ａ）上面を被覆し、上記凹部とハニカム材料（Ｂ）とによる密閉空間のガス圧力にてハニカム材料（Ｂ）を延伸させて上記複数空間を同時に膨張延伸させることで、μｍオーダーの薄い隔壁の細長い中空体を高密度で複数個一定方向に形成させてハニカム構造体を構成する方法において、基板（Ａ）の上記凹部は単独で存在しているものであることを特徴とする微細なハニカム構造体の製造方法。
13. 少なくともハニカム材料（Ｂ）で覆われた側を減圧することで、上記空間のガス圧力でハニカム材料（Ｂ）を延伸させることを特徴とする請求項１２の微細なハニカム構造体の製造方法。
14. ハニカム材料（Ｂ）は、界面活性剤を添加したゼラチン水溶液であることを特徴とする請求項１２の微細なハニカム構造体の製造方法。
15. 少なくともハニカム材料（Ｂ）で覆われた側に換気空間を設け、当該乾燥空間側から換気してハニカム構造体を乾燥させることを特徴とする請求項１２の微細なハニカム構造体の製造方法。
16. 上記ハニカム材料（Ｂ）の基板（Ａ）に対して反対側の面に、ハニカム構造体のピッチより小さな貫通穴を有する構造体を接触させて乾燥空間を形成し、当該乾燥空間の側から上記ハニカム構造体を乾燥させることを特徴とする請求項１２の微細なハニカム構造体の製造方法。
17. 上記凹部は疎水処理されているものであることを特徴とする請求項１２の微細なハニカム構造体の製造方法。
18. 上記凹部内の壁面幅は入り口幅より大きいことを特徴とする請求項１２の微細なハニカム構造体の製造方法。
19. 請求項１２乃至請求項１８のいずれかの製造方法で製造されたハニカム構造体の多数の中空部にハニカム材料より屈折率が大きいコア材を同時に注入することを特徴とする光ファイバープレートの製造方法。
20. 請求項１２乃至請求項１８のいずれかの製造方法で製造されたハニカム構造体の多数の中空部にコア材を注入し、次いで、ハニカム材料を除去し、その空間にクラッド材を同時に充填することを特徴とする光ファイバープレートの製造方法。
21. 上記コア材を上記ハニカム構造体に注入する方法において、減圧した状態でコア材を該ハニカム構造体開口部に塗布しその後に大気圧以上に増圧することを特徴とする請求項１９又は請求項２０の微細複合部品の製造方法。
22. 上記コア材を該ハニカム構造体に注入する方法において、減圧した状態でコア材を該ハニカム構造体開口部に塗布しその後に遠心力を付加することを特徴とする請求項１９又は請求項２０の微細複合部品の製造方法。