JPWO2006100755A1 - 成型部品の製造方法および成型装置 - Google Patents
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Abstract
型(24、25)内で光硬化樹脂材料(41)に光(27)が照射される。光(27)はマスク(35)の周囲で光硬化樹脂材料(41)を透過する。マスク(35)の周囲で光硬化樹脂材料(41)は硬化する。こうして型(24、25)に基づき成型部品の外形は形作られることができる。その一方で、マスク(35)は光(27)を部分的に遮断する。光硬化樹脂材料(41)ではマスク(35)の陰に未硬化領域(42)が形成される。未硬化領域(42)に残存する未硬化の光硬化樹脂材料(41)が除去されれば、例えば孔は形成されることができる。マスク(35)が微細に形成されれば、簡単に短時間で微細な孔は形成されることができる。微細な孔を有する成型部品は簡単に量産されることができる。
Description
本発明は成型部品の製造方法に関する。
いわゆる光造形は広く知られる。光造形では、所定のキャビティを区画する例えば透明な型が用意される。キャビティに流し込まれた光硬化樹脂材料には光が照射される。光の照射に基づき光硬化樹脂材料は硬化する。光硬化樹脂材料は型から取り出される。こうして成型部品は製造されることができる。
日本国特許第3224299号公報
日本国特許第3008216号公報
微細な孔の形成にあたって、例えばキャビティ内で型に固定される微細なピンが想定される。しかしながら、光硬化樹脂材料が型に流し込まれる際、光硬化樹脂材料の流入の圧力に基づきピンは破壊されてしまう。同様に、型から光硬化樹脂材料が取り出される際にピンは破壊されてしまう。したがって、ピンは型に形成されることができない。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡単に微細な孔を形成することができる成型部品の製造方法および成型装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第1発明によれば、型に光硬化樹脂材料を流し入れる工程と、マスクで部分的に光の照射を遮断しつつ光硬化樹脂材料に向けて光を照射する工程と、光の遮断に基づき残存する未硬化の光硬化樹脂材料を除去する工程とを備えることを特徴とする成型部品の製造方法が提供される。
こういった成型部品の製造方法では、光はマスクの周囲で光硬化樹脂材料を透過する。マスクの周囲で光硬化樹脂材料は硬化する。こうして型に基づき成型部品の外形は形作られることができる。その一方で、マスクは、光硬化樹脂材料に向かう光を部分的に遮断する。その結果、光硬化樹脂材料ではマスクの陰に未硬化領域が形成される。未硬化領域に残存する未硬化の光硬化樹脂材料は除去される。こうして未硬化領域は例えば孔として形成される。未硬化領域の断面形状はマスクの形状を反映することから、マスクの形状に応じて孔の断面形状は規定されることができる。こうして、孔を有する成型部品は簡単に量産されることができる。例えばマスクが微細に形成されれば、簡単に短時間で微細な孔は形成されることができる。しかも、マスクは任意の形状に設定されることができることから、様々な形状で孔は形成されることができる。
こういった成型部品の製造方法では、光の照射にあたって、型を透過した光は吸収されればよい。こうして型を透過した光が吸収されれば、型に向かって光の反射は回避されることができる。前述の未硬化領域に光は届かない。未硬化領域はマスクの形状を正確に反映することができる。光の吸収にあたって、例えば型の表面に光を吸収する表面処理が施されればよい。
その他、成型部品の製造方法は、マスクの陰で光硬化樹脂材料に光を照射する工程をさらに備えてもよい。こういった光の照射によれば、前述の未硬化領域に少なくとも部分的に光は照射されることができる。こうして未硬化領域は完全に硬化した光硬化樹脂材料で取り囲まれることができる。例えば有底孔は簡単に形成されることができる。
以上のような成型部品の製造方法では、光の照射の遮断にあたってマスクは型に固定されればよい。こうしてマスクが型に固定されれば、前述の未硬化領域は個々の成型部品で同一の位置に正確に形成されることができる。その結果、成型部品は高い精度で設計通りに量産されることができる。
第2発明によれば、型に光硬化樹脂材料を流し入れる工程と、マスクで部分的に光の照射を遮断しつつ光硬化樹脂材料に向けて第1方向に光を照射する工程と、マスクに向けて第1方向に逆向きの第2方向に光を照射する工程と、光の遮断に基づき残存する未硬化の光硬化樹脂材料を除去する工程とを備えることを特徴とする成型部品の製造方法が提供される。
こういった成型部品の製造方法では、第1方向に照射される光はマスクの周囲で光硬化樹脂材料を透過する。マスクの周囲で光硬化樹脂材料は硬化する。マスクは、光硬化樹脂材料に向かう光を部分的に遮断する。こうして、光硬化樹脂材料ではマスクの下方に未硬化領域が形成される。その一方で、第1方向に逆向きの第2方向に照射される光はマスクに向かって照射される。マスクの陰で光硬化樹脂材料は硬化する。このとき、第2方向に照射される光の例えば強度や照射時間が調節されれば、マスクの陰で未硬化領域が形成される。こうして未硬化領域に残存する未硬化の光硬化樹脂材料が除去されれば、未硬化領域は例えば有底孔として形成されることができる。未硬化領域の断面形状はマスクの形状を反映することから、マスクの形状に応じて有底孔の断面形状は規定されることができる。こうして、有底孔を有する成型部品は簡単に量産されることができる。しかも、第2方向に照射される光の例えば強度や照射時間の調節に基づき、有底孔の深さは調節されることができる。例えばマスクが微細に形成されれば、簡単に短時間で微細な有底孔は形成されることができる。しかも、マスクは任意の形状に設定されることができることから、様々な形状で有底孔は形成されることができる。
第3発明によれば、キャビティを区画する少なくとも部分的に光透過型の型と、型に向けて平行光を照射する光照射ユニットと、型に固定されて、キャビティおよび光照射ユニットの間に配置される光不透過性のマスクとを備えることを特徴とする成型装置は提供される。
こういった成型装置では、型のキャビティに例えば光硬化樹脂材料が流し込まれると、光照射ユニットから平行光が照射される。型には、キャビティおよび光照射ユニットの間に配置される光不透過性のマスクが固定されることから、平行光はマスクの周囲で光硬化樹脂材料を透過する。マスクの周囲で光硬化樹脂材料は硬化する。こうして型に基づき成型部品の外形は形作られることができる。その一方で、平行光に基づき光硬化樹脂材料ではマスクの陰にまっすぐに延びる未硬化領域が形成される。未硬化領域で未硬化の光硬化樹脂材料が除去されれば、未硬化領域はそのまま例えば孔として形成されることができる。マスクの形状に応じて未硬化領域が形成されることから、マスクの形状に応じて孔は規定されることができる。こうして、孔を有する成型部品は簡単に量産されることができる。例えばマスクが微細に形成されれば、簡単に短時間で微細な孔は形成されることができる。しかも、マスクは任意の形状に設定されることができる。様々な形状で孔は形成されることができる。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の一具体例に係る成型部品11の構造を概略的に示す。成型部品11は、例えば細胞を捕捉する捕捉板として用いられる。この成型部品11は光硬化樹脂製の本体12を備える。ここでは、光硬化樹脂には例えば紫外線硬化樹脂材料が用いられればよい。図2を併せて参照し、本体12の裏面には窪み13が形成される。この窪み13に基づき本体12には、平板部12aと、平板部12aの周囲を囲む枠体部12bとが区画される。
平板部12aには複数の微細な貫通孔14が穿たれる。貫通孔14は平板部12aの表面から裏面に貫通する。図3を併せて参照し、貫通孔14は相互に平行にまっすぐに平板部12aを貫通する。貫通孔14の断面は例えば円形に規定される。貫通孔14は、平板部12aの表面側に区画される大径部14aと、大径部14aに連続しつつ平板部12aの裏面まで延びる小径部14bとを備える。大径部14aおよび小径部14bは円柱空間を規定する。ここでは、大径部14aおよび小径部14bの軸心は一致する。
大径部14aの孔径は例えば10μmに設定される。大径部14aの深さは例えば3μmに設定される。その一方で、小径部14bの孔径は例えば10μm以下に設定されればよい。ここでは、小径部14bの孔径は例えば2μmに設定される。小径部14bの深さは例えば7μmに設定される。細胞の大きさは例えば20μm程度に規定される。貫通孔14の孔径は細胞の大きさよりも小さく規定されればよい。こうして貫通孔14の大径部14aには細胞が捕捉されることができる。図4に示されるように、貫通孔14は例えば等間隔に配置されればよい。なお、貫通孔14の断面は円形に限られない。このとき、「孔径」は、貫通孔14の断面の形状に拘わらず、例えば貫通孔14の最大径で定義されればよい。
次に、成型部品11の製造方法を簡単に説明する。図5に示されるように、成型部品11の製造にあたって成型装置21が用意される。成型装置21は、キャビティ22を区画する型23を備える。型23は、上型24と、表面で上型24の裏面を受け止める下型25とを備える。上型24は例えば光透過性のガラス材料から構成されればよい。下型25は例えば金属材料から構成されればよい。下型25の表面には光を吸収する表面処理が施されればよい。こうして型23は少なくとも部分的に光透過性に構成される。
成型装置21は、型23すなわち上型24の表面に向き合わせられる光照射ユニット26をさらに備える。光照射ユニット26は型23に向けて平行光27を照射することができる。平行光27には例えば紫外線が用いられればよい。ここでは、平行光27は、上型24の表面や下型25の表面に直交する垂直方向に照射される。上型24は光透過性に構成されることから、平行光27は上型24を透過する。その一方で、下型25の表面には光を吸収する表面処理が施されることから、平行光27は下型25に吸収される。
図6に示されるように、下型25は例えば円盤状に形成される。下型25の表面には複数の窪み28、28…が区画される。窪み28の形状は成型部品11の輪郭に一致する。窪み28および上型24で前述のキャビティ22は区画される。窪み28内には、窪み28の底面から立ち上がる突部29が区画される。突部29の輪郭は成型部品11の窪み13の輪郭に一致する。突部29の頂上面には平坦面31が区画される。下型25では、窪み28同士を隔てる仕切り壁32が区画される。
その一方で、図7に示されるように、上型24は、下型25と同様に、例えば円盤状に形成される。上型24の裏面には複数の突起群33、33…が区画される。突起群33の配置は下型25の平坦面31の配置の鏡像に相当する。図8に示されるように、各突起群33は、上型24の裏面から直立する複数の突起34、34…を備える。突起34は円柱状に形成される。突起34の輪郭は貫通孔14の大径部14aの輪郭に一致する。各突起34の頂上面には光不透過性のマスク35が固定される。マスク35は例えば円形に規定される。マスク35の直径は貫通孔14の小径部14bの直径に一致する。こうしたマスク35は例えばTi膜から構成されればよい。
図9に示されるように、まず、下型25の窪み28に紫外線硬化樹脂材料41が流し入れられる。続いて、図10に示されるように、下型25の表面には上型24の裏面が重ね合わせられる。下型25の平坦面31上には上型24の突起群33が正確に位置決めされる。このとき、仕切り壁32の頂上面と上型24の裏面との間には所定の間隔が区画されればよい。こうして上型24の裏面および下型25の表面の間すなわちキャビティ22内には紫外線硬化樹脂材料41が充填される。
その後、図11に示されるように、光照射ユニット26から型23に向かって平行光27が照射される。平行光27は、前述されるように、下型25の表面や上型24の表面に直交する垂直方向に照射される。上型24は光透過性のガラス材料から構成されることから、平行光27は上型24を透過する。透過する平行光27はマスク35の周囲で紫外線硬化樹脂材料41を透過する。こうしてマスク35の周囲で紫外線硬化樹脂材料41は硬化する。紫外線硬化樹脂材料41では、光照射ユニット26に近い領域から徐々に硬化する。
このとき、マスク35はキャビティ22および光照射ユニット26の間に配置されることから、マスク35は、紫外線硬化樹脂材料41に向かう平行光27を遮断する。マスク35の陰すなわち下方にはマスク35からまっすぐに延びる未硬化領域42が形成される。下型25の表面には光を吸収する表面処理が施されることから、下型25の表面で平行光27は吸収される。下型25の表面で平行光27の反射は回避される。未硬化領域42には平行光27は届かない。未硬化領域42以外の領域で紫外線硬化樹脂材料41が完全に硬化すると、紫外線硬化樹脂材料41はキャビティ22から取り出される。
こうして、図12に示されるように、紫外線硬化樹脂材料41では、上型24の突起34に基づき大径部43が形成される。大径部43は前述の貫通孔14の大径部14aに相当する。続いて、紫外線硬化樹脂材料41は例えば超音波に基づき洗浄される。図13に示されるように、未硬化領域42では未硬化の紫外線硬化樹脂材料41は除去される。こうして未硬化領域42には貫通孔すなわち小径部44が形成される。小径部44は前述の貫通孔14の小径部14bに相当する。
こうして、図14に示されるように、紫外線硬化樹脂材料41に基づき成型シート45が形成される。仕切り壁32の頂上面と上型24の裏面との間には所定の間隔が規定されることから、成型シート45には薄肉部45aが形成される。この薄肉部45aで切断や溶断が実施される。切断や溶断に基づき成型シート45から個々の成型部品11が切り出される。切断や溶断にあたって例えばダイシングブレードやレーザが用いられればよい。その他、人間の手に基づき切断が実施されてもよい。こうした薄肉部43aの厚みは仕切り壁32の頂上面と上型24の裏面との間の間隔に基づき設定されることができる。
以上のような成型部品11の製造方法によれば、紫外線硬化樹脂材料41では、マスク35の働きで未硬化領域42が形成される。未硬化領域42で未硬化の紫外線硬化樹脂材料41が除去されれば、マスク35の形状に応じた貫通孔が形成されることができる。これまでの微細な貫通孔の形成方法に比べて、簡単に短時間で微細な貫通孔は形成されることができる。同時に、下型25および上型24に基づき成型部品11の外形は形作られることができる。したがって、微細な貫通孔を有する成型部品11は簡単に量産されることができる。
しかも、マスク35は上型24に固定されることから、未硬化領域42は個々の成型部品11で同一の位置に正確に形成されることができる。こうして成型部品11は高い精度で設計通りに量産されることができる。同時に、マスク35は任意の形状に設定されることができる。未硬化領域42の断面形状はマスク35の形状を反映することから、マスク35の形状に基づき様々な形状で微細な貫通孔は形成されることができる。加えて、下型25の表面には光を吸収する表面処理が施されることから、下型25で平行光27の反射は回避される。未硬化領域42に平行光27は届かない。紫外線硬化樹脂材料41ではマスク35の下方で正確に未硬化領域42が形成されることができる。
次に、下型25の製造方法を簡単に説明する。図15に示されるように、ガラス材料51が用意される。このガラス材料51の表面にドライフィルム52が貼り付けられる。ドライフィルム52の表面には、規定の形状にパターニングされたマスク53が配置される。マスク53に基づきドライフィルム52には露光および現像が実施される。図16に示されるように、ガラス材料51の表面には規定の形状のドライフィルム52aが残存する。こうしてガラス材料51およびドライフィルム52aで下型25の母型が形成される。すなわち、ガラス材料51およびドライフィルム52aは下型25の表面の形状に象られる。その後、ドライフィルム52a上のマスク53は除去される。なお、ドライフィルム52に代えてフォトレジスト液が用いられてもよい。
続いて、図17に示されるように、例えば周知の電鋳に基づきガラス材料51およびドライフィルム52aの表面に金属材料54が形成される。こうして金属材料54にはガラス材料51の表面の形状が転写される。その後、金属材料54はガラス材料51から剥離される。こうして、図18に示されるように、金属材料54に基づき下型25は製造されることができる。こうした金属材料54の表面には光を吸収する表面処理が施されればよい。なお、電鋳の実施に先立って、ガラス材料51およびドライフィルム52aの表面には金属材料の蒸着に基づきAlやCrの金属薄膜(図示されず)が形成されてもよい。
次に、上型24の製造方法を簡単に説明する。図19に示されるように、ガラス材料61が用意される。このガラス材料61の表面にドライフィルム62が貼り付けられる。ドライフィルム62の表面に例えばマスク63が配置される。マスク63に基づきドライフィルム62には露光および現像が実施される。こうして、図20に示されるように、ガラス材料61の表面には、規定の形状のドライフィルム62aが残存する。ガラス材料61およびドライフィルム62aの表面は上型24の裏面の形状に象られる。その後、マスク63は除去される。なお、ドライフィルム62に代えてフォトレジスト液が用いられてもよい。
続いて、図21に示されるように、例えば周知の電鋳に基づきガラス材料61およびドライフィルム62aの表面に金属材料64が形成される。こうして金属材料64の表面にはガラス材料61およびドライフィルム62aの表面の形状が転写される。その後、金属材料64はガラス材料61およびドライフィルム62aの表面から剥離される。
続いて、図22に示されるように、例えば周知の電鋳に基づき金属材料64の表面に金属材料65が形成される。こうして金属材料65の表面には金属材料64の表面の形状が転写される。その後、金属材料65は金属材料64から剥離される。こうして、金属材料65で上型24の母型が形成される。なお、電鋳の実施に先立って、ガラス材料61およびドライフィルム62aの表面や金属材料64の表面には金属材料の蒸着に基づきAlやCrの金属薄膜(図示されず)が形成されればよい。
続いて、図23に示されるように、金属材料65の表面は、溶融したガラス材料66の表面に押し付けられる。ガラス材料66の表面には金属材料65の表面の形状が転写される。ここでは、ガラス材料66には光透過性の材料が用いられればよい。冷却に基づきガラス材料66は硬化する。ガラス材料66には前述の突起34が形成される。その後、ガラス材料66は金属材料65の表面から剥離される。
続いて、図24に示されるように、ガラス材料66にはフォトレジスト材料67が塗布される。フォトレジスト材料67には例えばマスク(図示されず)に基づき露光および現像が実施される。フォトレジスト材料67は規定の形状で残存する。こうして突起34の頂上面は規定の形状で露出する。その後、フォトレジスト材料67に基づき金属材料(図示されず)の蒸着が施される。金属材料には例えばTiが用いられればよい。その後、フォトレジスト材料67は取り払われる。こうして図25に示されるように、突起34の頂上面にはTi膜68すなわちマスク35が形成される。こうしてガラス材料66に基づき上型24は製造されることができる。
その他、例えば図26に示されるように、成型装置21は、上型24の表面に向き合わせられる第1光照射ユニット71と、下型25の裏面に向き合わせられる第2光照射ユニット72とを備えてもよい。第1光照射ユニット71は第1方向73に第1平行光74を照射する。第2光照射ユニット72は、第1方向73に逆向きの第2方向75に第2平行光76を照射する。したがって、第1および第2平行光74、76は相互に平行に規定される。このとき、下型25は例えば光透過性のガラス材料から構成されればよい。その他、前述と均等な構成や構造には前述と同一の参照符号が付される。
成型部品11の製造にあたって、前述と同様に、上型24の裏面および下型25の表面の間すなわちキャビティ22内には紫外線硬化樹脂材料41が充填される。その後、図27に示されるように、第1光照射ユニット71から紫外線硬化樹脂材料41に向かって第1方向73に第1平行光74が照射される。マスク35の周囲で紫外線硬化樹脂材料41は硬化する。紫外線硬化樹脂材料41では、第1光照射ユニット71に近い領域から徐々に硬化する。同様に、第2光照射ユニット72からマスク35や紫外線硬化樹脂材料41に向かって第2平行光76が照射される。マスク35の陰では第2平行光76に基づき紫外線硬化樹脂材料41は硬化する。
このとき、第2平行光76の強度や照射時間が調節される。こうした調節に基づきマスク35の陰では、紫外線硬化樹脂材料41は第2光照射ユニット72に近い領域から徐々に硬化する。こうして紫外線硬化樹脂材料41は、マスク35の陰で紫外線硬化樹脂材料41の裏面から表面に向かって所定の領域で硬化する。こうしてマスク35の陰すなわち下方では未硬化領域77が形成される。この未硬化領域77で未硬化の紫外線硬化樹脂材料41が例えば超音波洗浄に基づき除去されれば、未硬化領域77には有底孔78が形成されることができる。
以上のような成型部品11の製造方法によれば、紫外線硬化樹脂材料41では、第1および第2平行光74、76に基づきマスク35の陰で未硬化領域77が形成される。こうした未硬化領域77で未硬化の紫外線硬化樹脂材料41が除去されれば、マスク35の形状に応じた有底孔78が形成されることができる。簡単に短時間で有底孔78は形成されることができる。同時に、下型25および上型24に基づき成型部品11の外形は形作られることができる。したがって、有底孔78を有する成型部品11は簡単に量産されることができる。しかも、例えば第2平行光76の強度や照射時間が調節されれば、紫外線硬化樹脂材料41では硬化する領域は調節されることができる。こうして有底孔78の深さは調節されることができる。
その他、図30に示されるように、前述の下型25の表面に光不透過性のマスク35が固定されてもよい。下型25に固定されるマスク35の配置は、上型24に固定されるマスク35の配置に揃えられればよい。その他、前述と均等な構成や構造には同一の参照符号画布される。こうして第1平行光74に基づきマスク35の周囲で紫外線硬化樹脂材料41は硬化する。同様に、第2平行光76に基づきマスク35の周囲で紫外線硬化樹脂材料41は硬化する。マスク35、35の配置は揃えられることから、マスク35同士の間には未硬化領域79が形成されることができる。この未硬化領域79で未硬化の紫外線硬化樹脂材料41が例えば超音波洗浄に基づき除去されれば、未硬化領域79には貫通孔が形成されることができる。
Claims (7)
- 型に光硬化樹脂材料を流し入れる工程と、マスクで部分的に光の照射を遮断しつつ光硬化樹脂材料に向けて光を照射する工程と、光の遮断に基づき残存する未硬化の光硬化樹脂材料を除去する工程とを備えることを特徴とする成型部品の製造方法。
- 請求の範囲第1項に記載の成型部品の製造方法において、前記光の照射にあたって、前記型を透過した光を吸収させることを特徴とする成型部品の製造方法。
- 請求の範囲第1項に記載の成型部品の製造方法において、前記照射の遮断にあたって前記マスクは前記型に固定されることを特徴とする成型部品の製造方法。
- 請求の範囲第1項に記載の成型部品の製造方法において、前記マスクの陰で前記光硬化樹脂材料に光を照射する工程とをさらに備えることを特徴とする成型部品の製造方法。
- 型に光硬化樹脂材料を流し入れる工程と、マスクで部分的に光の照射を遮断しつつ光硬化樹脂材料に向けて第1方向に光を照射する工程と、マスクに向けて第1方向に逆向きの第2方向に光を照射する工程と、光の遮断に基づき残存する未硬化の光硬化樹脂材料を除去する工程とを備えることを特徴とする成型部品の製造方法。
- 請求の範囲第5項に記載の成型部品の製造方法において、前記照射の遮断にあたって前記マスクは前記型に固定されることを特徴とする成型部品の製造方法。
- キャビティを区画する少なくとも部分的に光透過型の型と、型に向けて平行光を照射する光照射ユニットと、型に固定されて、キャビティおよび光照射ユニットの間に配置される光不透過性のマスクとを備えることを特徴とする成型装置。
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