WO2005082592A1

WO2005082592A1 - 微小部品の製造方法

Info

Publication number: WO2005082592A1
Application number: PCT/JP2005/003681
Authority: WO
Inventors: Kenji Shirai; Yoshikazu Kobayashi
Original assignee: Nihon University
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2005-09-09

Abstract

　本発明は、光硬化性樹脂を用いて微小部品を製造する方法であり、厚さ数十μｍの金属板に所定形状の穴を開け、必要箇所以外に対する紫外線を遮断するための遮光マスク（１１）を作成し、次に、紫外線照射部（２０）上に遮光マスク（１１）を載置し、その上にカバーガラス（１２）を載置する。続いて、光硬化性樹脂（１３）をカバーガラス（１２）上に載せ、紫外線照射部（２０）により遮光マスクの下方から紫外線を照射して光硬化性樹脂（１３）を硬化させる。続いて、未硬化の光硬化性樹脂（１３）を超音波洗浄等によって除去し、最後に再び紫外線を照射して微小部品（１０）を完全に硬化させる。

Description

明細書微小部品の製造方法技術分野本発明は、光硬化性樹脂を用いた微小部品の製造方法に関する。

本出願は、日本国において 2 0 0 4年 2月 2 7日に出願された日本特許出願番号 2 0 0 4— 0 5 4 7 6 1を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。背景技術従来、光硬化性樹脂を用いたマイクロ造形の研究が盛んに行われており、造形法としては、主として積層法が用いられている。この積層法は、光硬化性樹脂を所定形状に薄く塗布し、レーザビームを照射して硬化し、硬化した樹脂の上にさらに光硬化性樹脂を塗布して光を照射する作業を繰り返して、硬化した樹脂層を積層して所定の部品を製造するものである。しかしながら、積層回数に比例して造形時間が増加し、また、積層面に段差が生じてしまうという問題があった。この段差による影響は、製造する部品が小型になるほど相対的に大きくなる。そこで、本願の発明者らは、光硬化性樹脂による高精度の微小部品を大量に製造するために、マイクロ金型を用いて成形を行う手法を特開 2 0 0 3— 7 1 8 5 3号公報において提案している。

本願の発明者等が先に提案している技術によれば、成形品の形状に対応した形状の凹部を形成した金属の下型に光硬化性樹脂を充填し、その金属の下型にガラス等の光の透過性を有する上型を押圧して光硬化性樹脂をプレスした後に、上型を通して紫外線を照射して光硬化性樹脂を硬化するのみで、高精度の微小部品を製造することができる。

この種の成形品の分野では、さらに容易かつ効率的に光硬化性樹脂を用いた微小部品を製造する方法が望まれていた。発明の開示本発明の目的は、光硬化性樹脂を用いた微小部品を一層容易にしかも効率よく製造することができる製造方法を提供することにある。

本発明に係る微小部品の製造方法は、微小部品の断面に対応した形状に穴開け加工された遮光マスクの一方の面上に設けられた光透過板上に光硬化性樹脂を載せ、遮光マスクの他方の面側から光透過板を介して光硬化性樹脂に光を照射して硬化させた後、未硬化の光硬化性樹脂を除去するものである。

本発明に係る微小部品の製造方法によれば、微小部品の断面に対応した形状に穴開け加工された遮光マスクの一方の面上に設けられた光透過板上に光硬化性樹脂を載せ、遮光マスクの他方の面側から光透過板を介して光硬化性樹脂に光を照射するという簡便な手法により、微小部品を製造することができる。

また、光透過板の上に側面部材により凹部を形成し、この凹部に光硬化性樹脂を充填して、上面部材で光硬化性樹脂を押圧するように凹部を覆った後、遮光マスクの他方の面側から光を照射するようにすることで、さらに形状精度の高い微小部品を製造することができる。

本発明のさらに他の目的、本発明によって得られる利点は、以下において図面を参照して説明される実施に形態から一層明らかにされるであろう。図面の簡単な説明図 1 A〜図 1 Eは本実施に係る微小部品の製造方法の各工程を工程順に示す図であり、図 1 Aは微小部品の断面に対応した形状の穴が開けられた遮光マスクを示す斜視図であり、図 1 Bは紫外線照射部上に遮光マスクを載置し、その面上にカバ一ガラスを載置した状態を示す断面図であり、図 1 Cはカバーガラスと接触している面とは反対側の面に位置するマスクの下方から紫外線を照射する状態を示す断面図であり、図 1 Dはカバーガラス上には硬化した微小部品が形成された状態を示す断面図であり、図 1 Eは紫外線が照射されて完全に硬化された微小部品を示す斜視図である。

図 2は、本発明方法にによって製造された微小部品の外観を示す代用写真である。

図 3 A及び図 3 Bは上面及び側面のサボ一ト構造を利用した製造方法を示す断面図であり、図 3 Aはカバーガラス上に載置された側面サポート部材によって形成された凹部に光硬化性樹脂を充填し、この光硬化性樹脂上に上面サポート部材を載置する状態を示す断面図であり、図 3 Bは上面サボ一ト部材により押圧された光硬化性樹脂を遮光マスクの下方から紫外線を照射して硬化する状態を示す断面図である。

図 4は、紫外線照射時間に伴う硬化部分の最高到達点の変化を示す図である。図 5は、側面サポート部材の高さを示す斜視図である。

図 6 A及び図 6 Bは、サポート構造を利用して実際に製造された微小部品であり、図 6 Aは直径 2 0 0 z mの円柱形状の微小部品を示す代用写真であり、図 6 Bは一辺が 1 0 0 i mの四角柱形状の微小部品を示す代用写真である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明において、微小部品は、図 1 A〜図 1 Eに示す工程を経て製造される。本発明に係る微小部品を製造するには、先ず、図 1 Aに示すように、レーザ直接描画装置（図示せず）を用いて、厚さ数十^ m、例えば 2 0 At m〜 5 0 mの金属板に微小部品の断面に対応した形状の穴を開け、必要箇所以外に対する紫外線を遮断するための遮光マスク 1 1を作成しておく。なお、この遮光マスク 1 1 は光硬化性樹脂と接しないため、任意の種類の金属を使用可能である。ただし、遮光マスク 1 1の材質は、金属に限定されるものではなく、光を透過せず、かつ高精度な穴開け加工が可能なものであればよい。

次に、図 1 Bに示すように、紫外線照射部 2 0上に遮光マスク 1 1を載置し、その面上に光透過板としてのカバーガラス 1 2を載置する。なお、遮光マスク 1 1上の力パーの材質がガラスに限定されるものではなく、光を透過するものであれば、例えばプラスチックであってもよい。

次に、図 1 Cに示すように、光硬化性樹脂 1 3をカバーガラス 1 2上に載せ、紫外線照射部 2 0により、カバ一ガラス 1 2と接触している面とは反対側の面に位置されている遮光マスク 1 1の下方から紫外線を照射する。これにより、穴開け加工された必要箇所のみ紫外線がカバーガラス 1 2を透過し、光硬化性樹脂 1 3を硬化させる。なお、照射する光が紫外線に限定されるものではなく、光硬化性樹脂 1 3が紫外線以外の光により硬化するものである場合には、紫外線以外の光を使用することも可能である。

続いて、図 1 Dに示すように、未硬化の光硬化性樹脂 1 3を超音波洗浄等によつて除去すると、カバ一ガラス 1 2上には硬化した微小部品 1 0が残る。

最後に、図 1 Eに示すように、再び紫外線を照射して完全に硬化させることで、目的の微小部品 1 0が得られる。

実際に厚さ 2 0 mのステンレス板に直径 5 0 0 mの円を加工した遮光マスクを用いて製造した円柱形状の微小部品を図 2に示す。なお、紫外線照射時間は 2 5秒とした。図 2に示すように、 2次元の遮光マスクの下方から紫外線を照射することで、 3次元の微小部品を製造することができる。

ところで、図 2に示す微小部品は、遮光マスクから最も離れた位置にあたる先端付近が底面と比較して細くなつている。これは、紫外線により光硬化性樹脂が硬化する際の特性によるものと考えられるが、実際に用いる微小部品としては、形状精度をさらに向上させることが望ましい。

そこで、図 3 A及び図 3 Bに示すように、上面及び側面のサポート構造を利用することで、形状精度、特に高さ方向（紫外線の透過方向）の形状精度を改善することができる。すなわち、図 3 Aに示すように、カバ一ガラス 1 2上に側面サポー卜部材 1 4を載置して凹部を形成し、その凹部に光硬化性樹脂 1 3を充填し、その上から光硬化性樹脂 1 3を押圧するように上面サポート部材 1 5を載置する。そして、図 3 Bに示すように、紫外線照射部 2 0により遮光マスク 1 1の下方から紫外線を照射する。ここで、上述のようなサポート構造を用いた場合、微小部品の高さは必然的に側面サポート部材 1 4の高さと一致する。その一方で、上面サポート部材 1 5によって微小部品 1 0の頂面を平坦にするため、紫外線を照射して硬化する部分の最高到達点よりも側面サポート部材 1 4の高さを低く設定する必要がある。

そこで、本件発明者らは、紫外線照射時間に伴う硬化部分の最高到達点の測定を行い、側面サポート部材 1 4の高さについて検討した。直径 1 0 0 m、 2 0 0 i m, 5 0 0 μ πιの円形の穴が開くように遮光マスク 1 1を穴開け加工した場合の結果を図 4に示す。図 4から分かるように、遮光マスク 1 1の穴の直径が大きくなるに従って硬化部分の最高到達点も高くなつている。また、何れの直径の場合にも、紫外線照射時間が 0〜 1 5秒間である場合における高さの変化が大きく、 2 0秒間以上では殆ど変化が見られなくなつている。この結果から、紫外線照射時間は 2 0秒間で十分であり、側面サポート部材 1 4の高さは、紫外線を 2 0秒間照射したときの最高到達点の高さよりも低く設定する必要があることが分かる。

ただし、図 2に示したように、遮光マスク 1 1から最も離れた位置にあたる先端付近が底面と比較して細くなつているため、幅（直径）方向の形状精度を改善するためには、実際の側面サポート部材 1 4の高さをさらに低くする必要がある。そこで、図 5に示すように、遮光マスク 1 1に最も近い底面の直径との誤差が 1 0 m未満となる図中 A点を求め、その高さ hを側面サボ一ト部材 1 4の高さとして設定した。紫外線照射時間を 2 0秒間とし、異なる直径の円を穴開け加工した遮光マスク 1 1を用いて円柱形状の微小部品 1 0を製造した場合における硬化部分の高さ Hと、 A点の高さ hとの関係を以下の表 1に示す。

表 1

Α点の高さ（h ) 硬化部分の高さ（Η )

直径 ΙΟΟμΠΙ 6ο ^μηι 91 δμιη

直径 200μΠ1 704μπι 1058μπι

直径 500μιη 1020μηι 1358μπι 実際にサポート構造を利用して製造した微小部品を図 6 A及び図 6 Bに示す。ここで、図 6 Aは、直径 2 0 0 mの円柱形状の微小部品の外観を示すものであり、図 6 Bは、一辺が 1 0 0 z mの四角柱形状の微小部品の外観を示すものである。なお、何れの場合も紫外線照射時間を 2 0秒間とし、側面サボ一ト部材 1 4 の高さを 6 0 0 ^ mとした。この図 6 A及び図 6 Bから分かるように、側面サボ —ト部材 1 4及び上面サポート部材 1 5を用いることで、微小部品の高さ方向及び幅方向の形状精度を改善することができる。

以上のように、本発明を適用した微小部品の製造方法によれば、金属板を微小部品の断面に対応した形状に穴開け加工して遮光マスク 1 1を作成し、その遮光マスク 1 1の一方の面上にカバ一ガラス 1 2を載置し、このカバ一ガラス 1 2の上に光硬化性樹脂 1 3を載せた後、遮光マスク 1 1の他方の面からカバ一ガラス 1 2を介して光硬化性樹脂 1 3に紫外線を照射するという簡便な手法により、微小部品 1 0を高精度に製造することができる。

また、カバ一ガラス 1 2の上に側面サポート部材 1 4により凹部を形成し、該凹部に光硬化性樹脂 1 3を充填して、上面サボ一ト部材 1 5で光硬化性樹脂 1 3 を押圧するように凹部を覆った後、遮光マスク 1 1の下方から紫外線を照射するようにすることで、さらに形状精度の高い微小部品 1 0を製造することができる。特に、本発明に係る製造方法では、従来のような積層法で微小部品を製造する場合と比較して、微小部品に積層面が形成されず、積層面に起因する段差が生じないため、精度の高い微小部品を得ることができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。産業上の利用可能性本発明は、光硬化性樹脂を用いて成形される微小部品の製造に広く用いることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 微小部品の断面に対応した形状に穴開け加工された遮光マスクの一方の面上に設けられた光透過板上に光硬化性樹脂を載せ、上記遮光マスクの他方の面側から上記光透過板を介して上記光硬化性樹脂に光を照射して硬化させた後、未硬化の上記光硬化性樹脂を除去することを特徴とする微小部品の製造方法。

2 . 未硬化の上記光硬化性樹脂の除去は、超音波洗浄によって行われることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の微小部品の製造方法。

3 . 未硬化の上記光硬化性樹脂を除去した後、微小部品にさらに光を照射して硬化させることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の微小部品の製造方法。

4 . 上記光透過板の上に側面部材により凹部を形成し、該凹部に上記光硬化性樹脂を充填して、上面部材で上記光硬化性樹脂を押圧するように上記凹部を覆った後、上記遮光マスクの上記他方の面側から光を照射することを特徴する請求の範囲第 1項記載の微小部品の製造方法。