JPH11207761A - 微小構造体の注型成形方法及び注型成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細で複雑な微小構造部を多数持つ微小構造
体を精度よく作製することができる微小構造体の注型成
形方法及び注型成形型を提供する。 【解決手段】 注型用の主剤と硬化剤を真空脱泡（３０
１）し、混合（３０２）した後、注型成形型１０へ注入
（３０３）し、弾性部材２１を硬化させ（３０４）てキ
ャビティを形成する。次に、主材料及び硬化剤を真空脱
泡（３０５）し、撹拌混合（３０６）した後に、注型成
形型１０のキャビティ内に混合材料を注入（３０７）
し、混合材料を硬化させる（３０８）。混合材料が硬化
して微小構造体１９が形成した後、振動源２２を駆動し
てコア２０を振動させ、コア２０と微小構造体１９との
接触界面の密着性を低下させて、微小構造体１９の離型
を容易にし、微小構造体１９を注型成形型１０から取り
出す（３０９）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小構造体の注型
成形方法及び注型成形型に関し、特に、多数の円筒状微
小穴や微小隔壁が配列されている樹脂部品を成形するの
に好適な微小構造体の注型成形方法及び注型成形型に関
する。

【０００２】

【従来の技術】多数の円筒状微小穴や微小隔壁が配列さ
れている従来の微小構造体として、例えば、インクジェ
ットプリンタのインク吐出ヘッドがある。

【０００３】図６（ａ）及び（ｂ）は、インクジェット
プリンタのインク吐出ヘッドを示している。図６（ａ）
には、インク吐出ヘッドとして、樹脂一体型のノズルプ
レート１０１が示されている。このノズルプレート１０
１には、口径が数十μｍ、深さが数十〜数百μｍの円筒
状微小穴１０２が多数配列されている。この円筒状微小
穴１０２は、印字用紙に向けてインクドットを飛翔させ
る吐出口であり、高品位な印字質を得るためには、円筒
状微小穴１０２の相互の間隔、円筒状微小穴１０２の円
筒内側面１０３の相互の平行度、及び円筒内側面１０３
の平滑性や円筒度を数μｍ以下に形成することが要求さ
れる。

【０００４】また、図６（ｂ）において、インク吐出ヘ
ッド１０４は、樹脂一体型で形成され、複数のインク流
路１０５を有し、このインク流路１０５の間には、幅及
び高さがそれぞれ数十μｍのインク流路壁１０６が多数
配列されている。

【０００５】図７は、従来の微小構造体の注型成形方法
を示す。図６で示した微小構造部を多数持つ樹脂部品の
微小構造体を注型成形する場合、従来の注型成形方法に
おいては、注型機真空チャンバ内で、まず、モノマやプ
レポリマ等の主材料及び硬化剤を真空脱泡する（７０
１）。真空脱泡したこれらの材料を撹拌混合（７０２）
し、予め準備しておいた注型成形型内に攪拌混合した材
料を流し込み（７０３）、所定時間放置して材料を硬化
させる（７０４）。十分に硬化して成形体となった後に
注型成形型を開いて成形体を取り出す( ７０５) 。

【０００６】ここで、図６に示したようなインクジェッ
トプリンタのインク吐出ヘッド１０１、１０４において
は、その使用目的から、ノズルプレート１０１の円筒状
微小穴１０２やインク吐出ヘッド１０４のインク流路１
０５の寸法や内側面平滑性に高い精度が要求される。し
たがって、これらを樹脂により一体成形する場合、成形
時に寸法精度を確保するのはもちろんのこと、離型時に
も寸法や内側面平滑性を精度良く保ち、さらに薄肉隔壁
の形状が不良欠損なく維持されるように、確実で無理の
無い離型が必要となる。

【０００７】上述の従来の微小構造体の注型成形方法に
おいて、成形体を注型成形型内で固化収縮（７０４）す
るため、部品成形後の離型処理（７０５）が困難なもの
とされている。

【０００８】この離型処理に関しては、例えば、特開平
５−２６９８００号公報に開示されているように、エジ
ェクタピンを用いて機械的に離型を行なうものや、特開
平８−９０６１７号公報に開示されているように、ガス
圧を用いて離型を行なうものがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−２６９８００号公報に示したようなエジェクタピン
による機械的離型を行なう従来の微小構造体の注型成形
方法によれば、微小構造部を多数持つ微小構造体の成形
体は、その構造強度が形成金型との界面応力に比べて相
対的に弱いため、形状の欠損や寸法精度の劣化が発生す
るという問題があった。また、微小構造体である樹脂成
形体に包まれる金型コアが微小の場合、エジェクタピン
による機械的離型を行うと、金型コアの構造強度が樹脂
との界面応力にくらべて相対的に弱いため、金型コアの
変形や破壊が生ずるという問題があった。

【００１０】また、特開平８−９０６１７号公報に開示
されているようなガス圧を用いて離型を行なう従来の微
小構造体の注型成形方法によれば、微小構造部を多数持
つ微小構造体の成形体では、その形状が微細で複雑なた
めに、ガス圧による離型を行う際に必要なガス流路の構
築が困難であるという問題があった。

【００１１】従って、本発明の目的は、微細で複雑な微
小構造部を多数持つ微小構造体を精度よく作製すること
ができる微小構造体の注型成形方法及び注型成形型を提
供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上に述べた
目的を実現するため、成形型内に形成された成形空間に
成形材料を注入して微小構造体を形成する微小構造体の
注型成形方法において、成形型内に微小構造体と相補的
な形状を有する充填部材を配置して成形空間を形成し、
成形空間へ成形材料を注入して微小構造体を形成し、充
填部材に振動を与えて微小構造体を充填部材から分離す
ることを特徴とする微小構造体の注型成形方法を提供す
る。

【００１３】また、本発明は、上記の目的を実現するた
め、成形型に成形材料を注入して微小構造体を形成する
微小構造体の注型成形方法において、成形型内に所定の
形状のコア部材を配置し、コア部材が配置された成形型
内に弾性部材を注入して、微小構造体の形状に対応する
成形空間を形成する第１の工程と、成形型内に形成され
た成形空間に成形材料を注入して微小構造体を形成する
第２の工程と、コア部材を振動させて、微小構造体をコ
ア部材及び弾性部材から分離する第３の工程と、を有す
ることを特徴とする微小構造体の注型成形方法を提供す
る。

【００１４】また、本発明は、上記の目的を実現するた
め、成形材料を注入して微小構造体を形成する注型成形
型において、内部空間を形成する上板、側板及び底板
と、内部空間に配置される所定の形状を有するコア部材
と、コア部材が配置された空間内に注入され内部空間に
コア部材とともに微小構造体を成形する成形空間を形成
する弾性部材と、コア部材の成形空間に面していない部
分に設置されて微小構造体の分離時にコア部材に振動を
付与する振動源と、上板と側板を固定保持するクランプ
機構と、を具備することを特徴とする微小構造体の注型
成形型を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の微小構造体の注型成
形方法及び注型成形型を詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の微小構造体の注型成形装
置を示す。この微小構造体の注型成形装置は、チャンバ
１１と、チャンバ１１の底面に設けられた基板１２と、
基板１２上に設けられた緩衝部材１３と、緩衝部材１３
上に設けられた注型成形型１０とを備え、注型成形型１
０は、基板１２に緩衝部材１３を介してネジ止めされて
固定されている。

【００１７】また、注型成形型１０は、底板１４、側板
１５及び上板１６から成る外枠と、底板１４と両側の側
板１５に当接して設けられているブッシュ２５と、ブッ
シュ２５によって位置決めされて注型成形型１０内に設
けられているコア２０と、コア２０の底面に設けられた
超音波振動子等の振動源２２とを備えている。底板１
４、側板１５及び上板１６は、ネジ止めされて固定さ
れ、更に、側板１５と上板１６は、クランプ機構１７に
よって固定されている。また、上板１６には、注型成形
型１０内に材料を注入するための材料注入口１８が設け
られている。片側（図１においては右側）の側板１５及
びブッシュ２５には、電力線引込み口１５ａ及び２５ａ
が設けられ、振動源２２は、電力線２３を介して振動電
源制御装置２４から電力が供給される。また、コア２０
は、基部２０ａと微小突起部２０ｂから成り、微小突起
部２０ｂが基部２０ａから立ち上がる部分は曲面の断面
を持つ角部２９となっている。

【００１８】図２は、注型成形型１０の左下側面を拡大
したものである。図２において、コア２０は、ネジ２６
によって側板１５に螺合され、振動源２２は、ネジ２７
によってコア２０に螺合されている。

【００１９】以上のような構成の微小構造体の注型成形
装置によって、微小構造体が注型形成される。以下に、
微小構造体の注型形成方法を説明する。

【００２０】図３は、本発明の微小構造体の注型成形方
法を示す。図３（ａ）は、キャビティに、弾性部材を注
入し、成形固化させて、製造する微小構造体の形状に対
応する成形空間を形成する第１の工程を示す。図３
（ｂ）は、キャビティ内に形成された微小構造体の形状
に対応する成形空間に成形材料を注入して微小構造体を
形成し、弾性部材を振動させて、微小構造体をコアから
分離する第２の工程を示す。以下、図１及び図３によっ
て本発明の微小構造体の注型成形方法について説明す
る。

【００２１】まず第１の工程において、シリコンゴム等
の離型性の良い注型用の主剤と硬化剤を真空脱泡（３０
１）し、混合して弾性部材２１の素材を生成する（３０
２）。この弾性部材２１の素材を注型成形型１０の材料
注入口１８から所定量流し込み（３０３）、所定時間放
置して弾性部材２１を硬化させる（３０４）。硬化した
弾性部材２１、側板１５、上板１６及びコア２０に囲ま
れた空間は、微小構造体１９を成形するキャビティにな
る。ここで、上板１６は、微小構造体１９の成形時には
キャビティを構成する上蓋になるため、クランプ機構１
７で側板１５に固定され、浮き上がりを防止している。
また、弾性部材２１の流し込み量は、求める微小構造体
１９の形状や寸法に対応した空間（キャビティ）が形成
されるように、予め計量しておくか、又は、レーザ距離
計等を用いて直接液面の高さを測定して決めるようにし
てもよい。

【００２２】次に第２の工程において、モノマやプレポ
リマ等の主材料及び硬化剤を真空脱泡する（３０５）。
次に、これらの主材料及び硬化剤を撹拌混合（３０６）
した後に、注型成形型１０の内部に形成されたキャビテ
ィ内に混合材料を流し込み（３０７）、所定時間放置し
て混合材料を硬化させる（３０８）。

【００２３】混合材料が十分に硬化して微小構造体１９
の成形体となった後に、クランプ機構１７と上板１６を
取り外す。この状態で、振動電源制御装置２４を動作さ
せ、振動源２２を駆動する。この振動源２２の振動によ
り、コア２０が振動し、微小構造体１９に圧入されてい
るコア２０の部分と微小構造体１９との接触界面の密着
性が低下して、微小構造体１９の離型が容易になる。従
って、微小構造体１９を注型成形型１０から容易に取り
出すことができるようになる（３０９）。

【００２４】コア２０は、振動伝搬効率を良好にし、ま
た、コア２０の角部２９に振動による応力集中が発生し
て折損することを防止するため、角部２９が曲面形状で
あり、その断面形状が２次曲線で表されることが望まし
い。

【００２５】コア２０の微小突起部２０ｂの長さは、振
動伝搬効率、コア材料強度及び微小構造体１９への圧入
長さから決定されるが、一般に、コア材２０がニッケル
や超鋼材の場合、微小構造体１９への圧入長さの２倍以
上が望ましい。

【００２６】弾性部材２１は、上述の通り、微小構造体
１９を成形するキャビティを構成する要素であるが、コ
ア２０の振動時には、振動によるコア２０の過大な湾曲
を防止する振動吸収材や緩衝材としての機能も発揮す
る。また、この弾性部材２１は、微小構造体１９と直接
接触するため離型性も要求され、その主剤としては、シ
リコンゴムが最も望ましい。シリコンゴムは、耐久性も
優れているため、数十回以上繰り返して使用することが
できる。

【００２７】振動源２２は、微小構造体１９とコア２０
に欠損や折損を与えないよう、振幅の微小なものがよ
く、かつ十分な離型効果を得るために振動数の高いほう
がよいため、超音波振動子が望ましい。

【００２８】また、振動エネルギの拡散を防ぐため注型
成形型１０の底板１４は、緩衝部材１３を介して、基板
１２に固定される。

【００２９】以上説明したように、本発明の微小構造体
の注型成形方法によれば、成形品形状の不良や欠損、注
型成形型の破損などを発生させることなく、微小な構造
を多数持つ微小構造体の注型成形ができるようになる。

【００３０】図４は、本発明の微小構造体の注型成形装
置の他の形態を示す。この微小構造体の注型成形装置
は、図１で示した微小構造体の注型成形装置の注型成形
型１０の上板１６のキャビティ側に、上板コア２８を取
り付けたものである。上板コア２８は任意の形状を選ぶ
ことができ、これによって、微小構造体１９の上側にも
任意の形状を形成することができる。

【００３１】図５は、本発明の微小構造体の注型成形装
置の注型成形型の他の形態を示す。図５に示した注型成
形型１０は、振動源２２を両側の側板１５に取り付けた
ものになっている。このように、振動源２２の取り付け
位置は、図１に示したようにコア２０の裏側に限定する
ものではなく、離型効果が得られる位置であれば、任意
の位置を選ぶことができ、注型成形型１０の設計自由度
が大きい。

【００３２】次に、上述の本発明の微小構造体の注型成
形方法によって形成した微小構造体１９について具体的
な形態を示しながら、図１、図３及び図６によって説明
する。本発明の微小構造体の注型成形方法によって、図
６（ａ）に示したノズルプレート１０１を形成した。こ
のノズルプレート１０１は、外形寸法０．５ｍｍ×２ｍ
ｍ×１０ｍｍであり、口径０．０６ｍｍの円筒状微小穴
１０２が、０．０９ｍｍピッチで配列されたものになっ
ている。この場合、コア２０には、タングステン合金を
用い、コア２０の微小突起部２０ｂの高さは４ｍｍであ
る。このコア２０を備えた注型成形型１０に、シリコン
ゴムＫＥ−１２（信越シリコーン製）を注型（ステップ
３０３）して硬化（ステップ３０４）し、キャビティを
形成する。その後に、ウレタン樹脂であるクインネート
９９９Ｓ（日本ゼオン製）を注入（ステップ３０７）し
て硬化（ステップ３０８）し、ノズルプレート１０１を
成形した。離型（ステップ３０８）時には、振動源２２
から周波数１６ＫＨｚ、振幅５μｍの超音波振動をコア
２０に与えて、ノズルプレート１０１を注型成形型１０
より分離し、良好な成形体を得ることができた。成形さ
れたノズルプレート１０１に配列された円筒状微小穴１
０２の口径寸法精度は±０．０１ｍｍ、ピッチ精度は±
０．０１５ｍｍであり、高精度な微小構造体を得ること
ができた。

【００３３】また、図６（ｂ）に示したインクジェット
プリンタ用のインク吐出ヘッド１０４を形成した。この
インク吐出ヘッド１０４は、外形寸法が幅１０ｍｍ、長
さ１０ｍｍ、高さ１ｍｍであり、幅０．０３ｍｍ、高さ
０．０３ｍｍ、ピッチ０．０６ｍｍのインク流路１０５
が形成されている。また、インク流路１０５間に形成さ
れたインク流路壁１０６は、幅０．０３ｍｍ、高さ０．
０３ｍｍである。ここで、コア２０は、ニッケル合金製
で、微小突起部２０ｂの高さを２ｍｍとし、このコア２
０を注型成形型１０に設置した。この注型成形型１０
に、シリコンゴムＫＥ−１２（信越シリコーン製）を注
型（ステップ３０３）して硬化（ステップ３０４）し、
キャビティを形成した後に、ウレタン樹脂のクインネー
ト９９９Ｓ（日本ゼオン製）を注入（ステップ３０７）
して硬化（ステップ３０８）し、インク吐出ヘッド１０
４を成形した。離型（ステップ３０８）時には、振動源
２２から周波数１６ＫＨｚ、振幅５μｍの超音波振動を
コア２０に与えて、インク吐出ヘッド１０４を注型成形
型１０より分離し、良好な成形体を得ることができた。
成形されたインク流路１０５とインク流路壁１０６の幅
寸法精度は±０．００７ｍｍ、ピッチ精度は±０．０１
ｍｍであり、形状欠損が無い高精度な微小構造体を得る
ことができた。

【００３４】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明の微小構造体の
注型成形方法及び注型成形型によれば、注型成形型内に
微小構造体の型になるキャビティの一部を弾性材料によ
って形成し、微小構造体である成形品の離型時にコアと
弾性材に振動を与えるようにしたので、離型時に成形品
の形状の不良や欠損、注型成形型の破損などを発生させ
ることなく、微小な構造を多数持つ部品を、精度良く作
製することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微小構造体の注型成形装置を示す
概略図である。

【図２】本発明による微小構造体の注型成形装置の左下
側の拡大概略図である。

【図３】本発明による微小構造体の注型成形方法を示す
図である。

【図４】本発明による微小構造体の注型成形装置を示す
概略図である。

【図５】本発明による微小構造体の注型成形装置の注型
成形型を示す概略図である。

【図６】微小構造体を示す概略図である。

【図７】従来の微小構造体の注型成形方法を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 注型成形型 １１ チャンバ １２ 基板 １３ 緩衝部材 １４ 底板 １５ 側板 １５ａ、２５ａ 電力線引込み口 １６ 上板 １７ クランプ機構 １８ 材料注入口 １９ 微小構造体 ２０ コア ２０ａ 基部 ２０ｂ 微小突起部 ２１ 弾性部材 ２２ 震動源 ２３ 電力線 ２４ 振動電源制御装置 ２５ ブッシュ ２６、２７ ネジ ２８ 上板コア １０１ ノズルプレート １０２ 円筒状微小穴 １０３ 円筒内側面 １０４ インク吐出ヘッド １０５ インク流路 １０６ インク流路壁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成形型内に形成された成形空間に成形材料
   を注入して微小構造体を形成する微小構造体の注型成形
   方法において、 前記成形型内に前記微小構造体と相補的な形状を有する
   充填部材を配置して前記成形空間を形成し、 前記成形空間へ前記成形材料を注入して前記微小構造体
   を形成し、 前記充填部材に振動を与えて前記微小構造体を前記充填
   部材から分離することを特徴とする微小構造体の注型成
   形方法。
2. 【請求項２】成形型に成形材料を注入して微小構造体を
   形成する微小構造体の注型成形方法において、 前記成
   形型内に所定の形状のコア部材を配置し、前記コア部材
   が配置された前記成形型内に弾性部材を注入して、前記
   微小構造体の形状に対応する成形空間を形成する第１の
   工程と、 前記成形型内に形成された前記成形空間に成形材料を注
   入して前記微小構造体を形成する第２の工程と、 前記コア部材を振動させて、前記微小構造体を前記コア
   部材及び前記弾性部材から分離する第３の工程と、 を有することを特徴とする微小構造体の注型成形方法。
3. 【請求項３】前記微小構造体を前記コア部材及び前記弾
   性部材から分離する第３の工程は、前記微小構造体が硬
   化した後に、前記コア部材を振動させて、前記微小構造
   体と前記コア部材の接触界面の密着性を低下させて分離
   する工程であることを特徴とする請求項２記載の微小構
   造体の注型成形方法。
4. 【請求項４】成形材料を注入して微小構造体を形成する
   注型成形型において、 内部空間を形成する上板、側板及び底板と、 前記内部空間に配置される所定の形状を有するコア部材
   と、 前記コア部材が配置された前記空間内に注入され前記内
   部空間に前記コア部材とともに前記微小構造体を成形す
   る成形空間を形成する弾性部材と、 前記コア部材の前記成形空間に面していない部分に設置
   されて前記微小構造体の分離時に前記コア部材に振動を
   付与する振動源と、 前記上板と前記側板を固定保持するクランプ機構と、 を具備することを特徴とする微小構造体の注型成形型。
5. 【請求項５】前記コア部材は、前記微小構造体の溝部に
   応じた突起部を有し、前記突起部は、曲面形状の基部を
   有することを特徴とする請求項４記載の微小構造体の注
   型成形型。
6. 【請求項６】前記振動源は、超音波振動子であることを
   特徴とする請求項４記載の微小構造体の注型成形型。
7. 【請求項７】前記弾性部材は、シリコンゴムであること
   を特徴とする請求項４記載の微小構造体の注型成形型。