WO2010113545A1 - 射出成形用マスター型の製造方法、射出成形用マスター型及び射出成形用金型 - Google Patents

射出成形用マスター型の製造方法、射出成形用マスター型及び射出成形用金型 Download PDF

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信 高木
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コニカミノルタオプト株式会社
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • B23P15/007—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass injection moulding tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/24—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass dies

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a master mold for injection molding, a master mold for injection molding, and a mold for injection molding.
  • micrototal analysis systems ⁇ TAS
  • ⁇ TAS micrototal analysis systems
  • Microchips are generally made of glass, and various microfabrication methods have been proposed, but glass is not suitable for mass production and is very expensive, so the development of inexpensive and disposable resin microchips Is desired.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a method for manufacturing an injection molding master mold, an injection molding master mold, and an injection molding capable of easily and accurately forming a fine recess having a flat bottom surface.
  • the challenge is to provide a metal mold.
  • the method for manufacturing an injection molding master mold for forming a recess in the mold member Using a laminate of a plurality of members as the mold member, and using at least two members of the plurality of laminated members diffused and joined by members having different laser processability on a flat joining surface, A laser beam having a predetermined wavelength is irradiated from one of the two members having a relatively high laser processability to the other member having a low laser processability, and the laser beam is applied to the joint surface by laser ablation.
  • the concave portion is formed in the mold member by completely removing the laser irradiated portion of the laminated member on one member side.
  • the plurality of stacked members are preferably two members.
  • the depth of the recess formed by the laser processing is preferably 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the laser processing preferably uses ultrashort pulse laser light.
  • the mold member it is preferable to use a material in which the material of the one member is stainless steel and the material of the other member is copper or a copper alloy.
  • the mold member it is preferable to use a material in which the material of the one member is aluminum or an aluminum alloy and the material of the other member is copper or a copper alloy.
  • the mold member As the mold member, the one having a surface roughness Ra ⁇ 50 nm of the other member is manufactured by the method for manufacturing a master mold for injection molding according to the present invention,
  • the concave portion to be formed has a flat bottom surface, and the surface roughness of the bottom surface is Ra ⁇ 50 nm.
  • the injection mold It is formed using the injection mold master mold manufactured by the method for manufacturing the injection mold master mold of the present invention,
  • the injection molding master mold is formed by electroforming, and has a convex part complementary to the concave part.
  • two members having different laser processability are relatively high in laser processability, that is, removed by a laser beam, with respect to a mold member obtained by diffusion-bonding two members with flat joint surfaces. Formed by this laser processing because the laser irradiated part of one member is completely removed by laser ablation by irradiating a laser beam of a predetermined wavelength from the one member side, which is easy to remove, to the other member that is difficult to remove.
  • the fine concave portion to be formed has a shape in which the flat joint surface of the other member is exposed as the bottom surface. That is, a fine recess having a flat bottom surface can be formed.
  • FIG. 3 is a sectional view of the microchip of FIG. 1 taken along the line III-III. It is a top view of a resin substrate on which a channel groove is formed. It is a top view of the master mold for injection molding concerning the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the master mold for injection molding in FIG. 4 taken along the line IV-IV. It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the master mold for injection molding which concerns on this invention. It is a top view of the injection mold according to the present invention.
  • FIG. 8 is a VV cross-sectional view of the injection mold of FIG. 7.
  • microchip 1 as a molded product formed from an injection molding master mold (hereinafter referred to as a master mold) according to the present invention will be described.
  • FIG. 1 is a top view of the microchip 1
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 1
  • FIG. 3 is a top view of a resin substrate 10 provided in the microchip 1.
  • the microchip 1 includes two rectangular plate-like resin substrates 10 and 20 bonded to each other.
  • the resin substrate 10 is formed with linear flow channel grooves 12 and 13 on one surface (the upper surface in FIG. 2) facing the resin substrate 20. ing. Further, as shown in FIG. 3, the channel end recesses 14 having the same depth as the channel grooves 12 and 13 are formed at both ends of the channel grooves 12 and 13, respectively.
  • the channel groove 12 and the channel groove 13 in the present embodiment are formed orthogonal to each other, they may be formed without being orthogonal to each other.
  • the resin substrate 20 has the same cross-sectional shape as the flow path end recess 14 at each position corresponding to the flow path end recess 14 of the resin substrate 10.
  • Through-holes 21 penetrating in the thickness direction are respectively formed.
  • the resin substrate 20 communicates with the flow path end recesses 14 of the resin substrate 10 so that the through holes 21 communicate with the flow path grooves 12 and 13 and the flow path end recesses 14 on the resin substrate 10. It is joined to.
  • the resin substrate 20 functions as a cover (cover) for the flow path grooves 12 and 13, and the fine flow path 15 is formed between the flow path grooves 12 of the resin substrate 10 and the flow path grooves 13.
  • the fine channel 16 is formed between the channel end recess 14 and the through hole 21 which are communicated with each other.
  • the shape of the microchannels 15 and 16 (channel grooves 12 and 13) takes into consideration the fact that the amount of analysis sample and reagent used can be reduced, the fabrication accuracy of molds, transferability, and mold release properties.
  • the width and the depth are preferably 200 ⁇ m or less, and in this embodiment, the shape is 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the fine flow path 15 and the fine flow path 16 may have the same shape or different shapes. However, in the present embodiment, the cross-sectional shapes of the fine flow paths 15 and 16 are rectangular.
  • the flow path end recess 14 of the resin substrate 10 communicated with the through hole 21 of the resin substrate 20 is connected to the flow path grooves 12 and 13.
  • the opening 17 formed by the end recess 14 is connected to the microchannels 15 and 16.
  • the opening 17 is a hole for introducing, storing, and discharging a gel, a sample, and a buffer solution, and is connected to a tube or nozzle provided in an analyzer (not shown).
  • a gel, a sample, a buffer solution, or the like is introduced into or discharged from the fine channels 15 and 16.
  • the shape of the opening 17 (the channel end recess 14 and the through-hole 21) is not limited to a circular shape, and may be various other shapes such as a rectangular shape.
  • the internal diameter of the opening part 17 (flow-path end recessed part 14, through-hole 21) should just be match
  • the shape of the resin substrates 10 and 20 may be any shape as long as it is easy to handle and analyze. For example, a shape such as a square, a rectangle, and a circle is preferable. Further, the size of the resin substrates 10 and 20 is preferably about 10 mm square to 200 mm square, and more preferably 10 mm square to 100 mm square. Further, the plate thickness of the resin substrate 10 on which the channel grooves 12 and 13 are formed is preferably about 0.2 mm to 5 mm, more preferably 0.5 mm to 2 mm in consideration of moldability. The plate thickness of the resin substrate 20 functioning as a lid (cover) is preferably about 0.2 mm to 5 mm, more preferably 0.5 mm to 2 mm in consideration of moldability.
  • resin is used as the material for the resin substrates 10 and 20.
  • this resin those having good moldability (transferability, releasability), high transparency, and low autofluorescence with respect to ultraviolet rays and visible light are preferable.
  • thermoplastic resins are used.
  • thermoplastic resin examples include polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, nylon 6, nylon 66, polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride, polypropylene, polyisoprene, polyethylene, polydimethyl. It is preferable to use siloxane, cyclic polyolefin or the like. It is particularly preferable to use polymethyl methacrylate and cyclic polyolefin.
  • the resin substrate 10 and the resin substrate 20 may be made of the same material or different materials.
  • thermosetting resin for the resin substrate 20 in which the channel groove is not formed, a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin may be used in addition to the thermoplastic resin.
  • thermosetting resin it is preferable to use polydimethylsiloxane.
  • the resin substrate 10 on which the flow path grooves 12 and 13 are formed is an injection mold (hereinafter referred to as a molding mold) formed by subjecting the master mold 2 to electroforming as will be described later. 3 and is produced by applying an injection molding method.
  • the resin substrate 20 in which the channel groove is not formed may be produced by a method other than an injection molding method such as an extrusion molding method, a T-die molding method, an inflation molding method, or a calendar molding method, or an injection molding method. It may be produced by the method.
  • the microchip 1 having the above configuration is formed by heating and bonding the two resin substrates 10 and 20 while pressing.
  • a conventionally well-known thing can be used as a heating joining method and joining apparatus in this case.
  • FIG. 4 is a top view of the master mold 2
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • the master mold 2 is for forming the resin substrate 10 of the microchip 1, and in detail, is a mother mold of the molding die 3 used for injection molding of the resin substrate 10. As shown in FIGS. 4 and 5, the master mold 2 includes two rectangular flat plate members 30 and 40 that are laminated and bonded to each other on the inner stomach surfaces 30 a and 40 a.
  • the flat plate member 30 is formed with linear straight holes 31 and 32 penetrating in the thickness direction.
  • Circular circular holes 33 penetrating in the thickness direction are formed at both ends of the straight holes 31 and 32, respectively.
  • the flat plate member 40 is a member having a smooth surface, and is joined to the abdominal surface 30 a of the flat plate member 30. By this joining, the flat plate member 40 functions as a bottom plate of the straight holes 31, 32 and the circular hole 33, and the linear recesses 34, 35 are formed between the flat holes 30, 32 and the circular hole 33. A recess 36 is formed.
  • the shapes of the linear recesses 34 and 35 and the circular recess 36 are positive shapes corresponding to the channel grooves 12 and 13 and the channel end recess 14 of the resin substrate 10, that is, substantially the same as these. It is the shape of. Accordingly, the depths of the linear recesses 34 and 35 and the circular recess 36 (thickness of the flat plate member 30) are 50 ⁇ m or less in the present embodiment, similarly to the depths of the channel grooves 12 and 13 and the channel end recess 14. It has become.
  • the shape of the cross section of the linear recessed parts 34 and 35 and the circular recessed part 36 is a rectangular shape
  • the abdominal surface 40a of the flat plate member 40 exposed to these, ie, each bottom face 34a of the linear recessed parts 34 and 35 and the circular recessed part 36, 35a and 36a are flat.
  • the surface roughness of the bottom surfaces 34a to 36a is Ra ⁇ 50 nm.
  • the materials of the flat plate members 30 and 40 are different from each other in laser workability, and the flat plate member 30 is a material having relatively higher laser workability than the flat plate member 40, that is, under the same laser irradiation conditions. In the case of comparison, the material is easy to be removed by laser light because of its high absorptivity at the laser light wavelength to be used or weak metal bonding force. Further, the materials of the flat plate members 30 and 40 can be diffusion-bonded to each other. When a molding die is molded from the master mold 2 using the injection molding method, the pressure and heat during the injection molding are used. It has strength and heat resistance that can withstand.
  • stainless steel can be used as the material of the flat plate member 30, and copper or a copper alloy can be used as the material of the flat plate member 40.
  • the molding die 3 is formed from the master mold 2 by electroforming instead of the injection molding method as in the present embodiment, the strength and heat resistance that can withstand the injection molding as described above are unnecessary, Aluminum or an aluminum alloy can be used for the material of the flat plate member 30, and copper or a copper alloy can be used for the material of the flat plate member 40.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a manufacturing method of the master mold 2.
  • the base members 50 and 60 that are in the state before the manufacturing process of the flat plate members 30 and 40 are diffusion-bonded, and the mold member 4 that is in the state before the manufacturing process of the master mold 2 is manufactured.
  • the base members 50 and 60 are in a state before the flat plate members 30 and 40 are processed, they are formed of a material having the material of the flat plate members 30 and 40 described above.
  • the base members 50 and 60 have a rectangular plate shape, the joint surfaces 50 a and 60 a are flat, and the base member 50 is thicker than the flat plate member 30.
  • the surface roughness of the joint surfaces 50a, 60a of the base members 50, 60 is Ra ⁇ 50 nm, whereby the base members 50, 60 can be firmly joined. .
  • cutting, grinding, polishing, or the like can be appropriately selected.
  • the base members 50 and 60 are heated in a state where the joint surfaces 50a and 60a are brought into contact with each other and pressurized, whereby the joint surfaces 50a. , 60a are crimped to complete the joining. Due to this diffusion bonding, mutual diffusion occurs in the bonding surfaces 50a and 60a in addition to metal bonding by pressure welding, so that the base members 50 and 60 can be firmly bonded.
  • the upper surface of the base member 50 is processed by machining.
  • the base member 50 is processed until the thickness of the flat plate member 30 is reached. Note that cutting, grinding, polishing, and the like can be appropriately selected for the machining at this time.
  • FIG. 6C shows the mold member 4 in which only the linear recess 35 is formed.
  • a method of forming the linear recess 35 will be described as an example.
  • a pulse laser beam having a pulse width of about 180 Fs (femtosecond), a wavelength of about 800 nm, and a pulse energy of about 1 mJ is used as the laser beam to be irradiated.
  • the laser light is made substantially parallel light and irradiated with the beam waist of the laser light shifted from the joint surface 60a toward the base member 60 by about 50 ⁇ m. Note that by using such laser light, laser processing utilizing an ablation effect with extremely little heat influence can be realized.
  • the mold member 4 is placed and fixed on the horizontally movable moving means 71, and the laser light is emitted from the laser beam by the laser irradiation device 70 while the mold member 4 is horizontally moved by the moving means 71.
  • the base member 50 within the irradiation range is removed and the linear recess 35 is formed.
  • the beam waist of the laser beam is shifted from the bonding surface to the base member 60 side having a low laser processability. It is not limited.
  • a flat surface is obtained by substantially utilizing the joint surface of a member having a relatively low laser workability by performing laser processing so as to completely remove a member having a relatively high laser workability.
  • the laser beam is irradiated from the base member 50 side without necessarily shifting from the joining surface as described above, the moving speed of the mold member 4, the irradiation time of the laser beam, the depth of focus, the number of scans.
  • a similar configuration may be obtained by appropriately adjusting the above.
  • the linear recess 35 is formed in the mold member 4, and the master mold 2 is completed by forming the linear recess 34 and the circular recess 36 in the same manner.
  • FIG. 7 is a top view of the molding die 3
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
  • the molding die 3 includes a surface layer 80 as a transfer layer and a rectangular plate-like mold body 90.
  • the surface layer 80 is provided on one surface of the mold body 90 and corresponds to the linear recesses 34 and 35 and the circular recess 36 of the master mold 2 on the surface not in contact with the mold body 90 (upper surface in FIG. 8). It has negative (complementary) linear convex portions 81 and 82 and a circular convex portion 83.
  • the surface layer 80 is made of nickel, nickel-cobalt alloy, nickel-cobalt-phosphorus alloy, copper, or the like.
  • the mold body 90 is made of a material harder than the surface layer 80 so that the molding mold 3 can be easily handled.
  • the molding die 3 is formed by subjecting the master die 2 to electroforming. Specifically, first, a surface layer 80 is formed by depositing a metal such as nickel, nickel-cobalt alloy, nickel-cobalt-phosphorus alloy, or copper on the upper surface of the flat plate member 30 in the master die 2 by electroplating. . Subsequently, electroforming is performed again from above the surface layer 80 to form the mold body 90. Then, the surface layer 80 is peeled from the master mold 2 to complete the molding die 3.
  • a surface layer 80 is formed by depositing a metal such as nickel, nickel-cobalt alloy, nickel-cobalt-phosphorus alloy, or copper on the upper surface of the flat plate member 30 in the master die 2 by electroplating. .
  • electroforming is performed again from above the surface layer 80 to form the mold body 90. Then, the surface layer 80 is peeled from the master mold 2 to complete the molding die 3.
  • the two base members 50, 60 are diffused and bonded to the two base members 50, 60 having different laser processability by the flat bonding surfaces 50a, 60a.
  • the base member 50 is irradiated with laser light having a predetermined wavelength from the side of the base member 50 that is relatively high in laser processability, that is, easily removed by laser light, toward the base member 60 that is difficult to remove, and laser ablation. Since the 50 laser irradiated portions are completely removed, the fine linear recesses 34 and 35 formed by this laser processing have a shape in which the flat joint surface 60a of the base member 60 is exposed as the bottom surfaces 34a and 35a. That is, it is possible to form fine linear recesses 34 and 35 with flat bottom surfaces 34a and 35a.
  • the upper layer and middle layer members are composed of members that are relatively more laser processable than the lower layer members, and the upper layer and middle layer members are completely removed by laser ablation.
  • a recess having a depth corresponding to the combined thickness of the upper layer member and the middle layer member may be formed.
  • the linear concave portions 34 and 35 are described as the fine concave portions.
  • the fine concave portions are not limited to a linear shape, and may be a curved shape or a circle having a diameter of 50 ⁇ m or less. It may be a shape.

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Abstract

　底面が平坦となる微細な凹部を高精度且つ簡易に形成する。　そのためには、型部材４として、レーザー加工性の異なる２つのベース部材５０，６０をそれぞれの平坦な接合面５０ａ，６０ａで拡散接合したものを用い、所定波長のレーザー光を、２つのベース部材５０，６０のうち相対的にレーザー加工性の高いベース部材５０側からレーザー加工性の低いベース部材６０に向けて照射し、レーザーアブレーションにより前記接合面５０ａ，６０ａに対してベース部材５０のレーザー被照射部分を完全に除去することで、型部材４に微細な直線凹部３４，３５を形成する。

Description

射出成形用マスター型の製造方法、射出成形用マスター型及び射出成形用金型
　本発明は、射出成形用マスター型の製造方法、射出成形用マスター型及び射出成形用金型に関する。
　近年、基板上に微細な流路や回路を形成し、微小空間上で血液等の液体試料の化学反応や分離、分析等を行うマイクロチップあるいはμＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｔｏｔａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ばれる装置が実用化されている。マイクロチップは一般的にガラス製であり、諸々の微細加工方法が提案されているが、ガラスは大量生産には向かず非常に高コストであるため、廉価で使い捨て可能な樹脂製マイクロチップの開発が望まれている。
　ところで、この樹脂製マイクロチップを射出成形により成形する場合、その金型を作製するためのマスター型に、成形完成品における微細な流路や回路に相当するポジ形状の微細な凹部を高精度に形成する必要がある。
　ここで、切削加工によって上記の微細な凹部を形成する場合には、そもそも微細な加工形状に応じた小さな切削部を有する工具の製作が困難であるほか、当該切削部が過度に小さいと工具自体が破損する危険が生じる。また、加工に伴う工具の磨耗によって加工誤差が生じてしまうといった問題もある。
　一方、レーザー加工によって上記の微細な凹部を形成する場合には、切削加工のような工具の使用による問題が無く、レーザー光を小さく集光させることで切削加工よりも微細な凹部を比較的容易に形成することができる。
　このような微細加工が可能なレーザー加工方法としては、例えば、複数に分割した超短パルスレーザー光を、それぞれの照射位置を適宜選択しつつパルス幅以上の時間間隔を空けて順次照射したり、交差点までの光路長を調整して交差させたりすることで、各レーザー光を干渉させることなく微細な形状を多様に形成することのできる方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００５－１４０５９号公報 特開２００８－１２５４６号公報
　しかしながら、上記特許文献１，２に記載の方法によって形成される微細な凹部では、いわゆるガウシアン分布と呼ばれるような、中央が最も深くなるよう滑らかに湾曲した底面が形成されてしまい、平坦な底面を形成することができない。これは、レーザー光の特性によるものであり、特許文献２に記載のような、極めて熱影響の小さいアブレーション効果を利用したレーザー加工方法においても同様である。このように湾曲した底面を有する凹部では、マイクロチップの流路や回路として利用できない場合がある。
　また、上記特許文献１，２に記載の方法では、レーザー光を分割するため等の特殊な装置を設けたり特別な加工条件を設定したりする必要があり、これら装置の準備や条件設定等の作業が煩雑であった。
　本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、底面が平坦となる微細な凹部を高精度且つ簡易に形成することのできる射出成形用マスター型の製造方法、射出成形用マスター型及び射出成形用金型の提供を課題とする。
　本発明の第１の側面によれば、型部材に凹部を形成する射出成形用マスター型の製造方法において、
　前記型部材として複数の部材を積層したものを用いるとともに、積層された前記複数の部材のうちの少なくとも２つの部材としてそれぞれレーザー加工性の異なる部材を平坦な接合面で拡散接合したものを用い、
　所定波長のレーザー光を、前記２つの部材のうち相対的にレーザー加工性の高い一方の部材側からレーザー加工性の低い他方の部材に向けて照射し、レーザーアブレーションにより前記接合面に対して前記一方の部材側の積層部材のレーザー被照射部分を完全に除去することで、前記型部材に前記凹部を形成することを特徴とする。
　この射出成形用マスター型の製造方法においては、
　積層された前記複数の部材は２つの部材であることが好ましい。
　また、この射出成形用マスター型の製造方法においては、
　前記レーザー加工により形成される前記凹部の深さは１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
　また、この射出成形用マスター型の製造方法においては、
　前記レーザー加工は超短パルスレーザー光を使用するものであることが好ましい。
　また、この射出成形用マスター型の製造方法においては、
　前記型部材として、前記一方の部材の材料がステンレス鋼であり、前記他方の部材の材料が銅又は銅合金であるものを用いることが好ましい。
　また、この射出成形用マスター型の製造方法においては、
　電鋳加工によって射出成形用金型を形成するための射出成形用マスター型を製造する場合には、
　前記型部材として、前記一方の部材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記他方の部材の材料が銅又は銅合金であるものを用いることが好ましい。
　本発明の第２の側面によれば、射出成形用マスター型において、
　前記型部材として、前記他方の部材の前記接合面の表面粗さがＲａ≦５０ｎｍであるものを用い、本発明の射出成形用マスター型の製造方法によって製造され、
　形成される前記凹部は、底面が平坦であるとともに、当該底面の表面粗さがＲａ≦５０ｎｍであることを特徴とする。
　本発明の第３の側面によれば、射出成形用金型において、
　本発明の射出成形用マスター型の製造方法によって製造された射出成形用マスター型を用いて形成され、
　前記射出成形用マスター型に電鋳加工を施して形成され、前記凹部と相補的形状の凸部を有することを特徴とする。
　本発明によれば、レーザー加工性の異なる２つの部材をそれぞれの平坦な接合面で拡散接合した型部材に対し、２つの部材のうち相対的にレーザー加工性の高い、つまりレーザー光で除去されやすい一方の部材の側から、除去されにくい他方の部材に向けて所定波長のレーザー光を照射して、レーザーアブレーションにより一方の部材のレーザー被照射部分を完全に除去するので、このレーザー加工によって形成される微細な凹部は、他方の部材の平坦な接合面が底面として露出した形状となる。すなわち、底面が平坦となる微細な凹部を形成することができる。
　また、アブレーション効果を利用することで、熱影響の極めて小さいレーザー加工を行うことができ、型部材の熱変形を抑制して微細な凹部を高精度に形成することができる。
　また、従来と異なり、レーザー光を分割するため等の特殊な装置を設けたり特別な加工条件を設定したりする必要がないので、微細な凹部を簡易に形成することができる。
　したがって、底面が平坦となる微細な凹部を高精度且つ簡易に形成することができる。
本実施形態におけるマイクロチップの上面図である。 図１のマイクロチップのIII－III断面図である。 流路用溝が形成された樹脂製基板の上面図である。 本発明に係る射出成形用マスター型の上面図である。 図４の射出成形用マスター型のIV－IV断面図である。 本発明に係る射出成形用マスター型の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る射出成形用金型の上面図である。 図７の射出成形用金型のＶ－Ｖ断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
　まず、本発明に係る射出成形用マスター型（以下、マスター型という）から形成される成形品としてのマイクロチップ１について説明する。
　図１はマイクロチップ１の上面図であり、図２は図１のIII－III断面図であり、図３はマイクロチップ１が備える樹脂製基板１０の上面図である。
　これらの図に示すように、マイクロチップ１は、互いに貼合せられた２枚の矩形板状の樹脂製基板１０，２０を備えている。
　このうち、樹脂製基板１０には、図２，図３に示すように、樹脂製基板２０と対向する一方の表面（図２の上面）に直線状の流路用溝１２，１３が形成されている。また、図３に示すように、これら流路用溝１２，１３の両端部には、流路用溝１２，１３と同じ深さの流路端凹部１４がそれぞれ形成されている。なお、本実施形態における流路用溝１２と流路用溝１３とは、互いに直交して形成されているが、直交せずに形成されていても良い。
　一方、図２に示すように、樹脂製基板２０には、樹脂製基板１０の流路端凹部１４に対応する各位置に、当該流路端凹部１４と同じ断面形状であって樹脂製基板２０の厚さ方向に貫通する貫通孔２１がそれぞれ形成されている。樹脂製基板２０は、この貫通孔２１を樹脂製基板１０の流路端凹部１４と連通させるようにして、樹脂製基板１０における流路用溝１２，１３及び流路端凹部１４の形成面に対して接合されている。この接合によって樹脂製基板２０は流路用溝１２、１３の蓋（カバー）として機能し、樹脂製基板１０の流路用溝１２との間に微細流路１５を、流路用溝１３との間に微細流路１６を、連通された流路端凹部１４と貫通孔２１とで開口部１７を形成している。
　ここで、微細流路１５，１６（流路用溝１２，１３）の形状は、分析試料、試薬の使用量を少なくできること、成形金型の作製精度、転写性、離型性などを考慮して、幅、深さともに２００μｍ以下の形状であることが好ましく、本実施形態においては１μｍ以上５０μｍ以下の形状となっている。また、微細流路１５と微細流路１６とで形状が同じであっても良いし、異なっていても良い。但し、本実施の形態においては、微細流路１５、１６の断面の形状は矩形状となっている。
　また、上述のように、樹脂製基板２０の貫通孔２１と連通された樹脂製基板１０の流路端凹部１４は流路用溝１２、１３と繋がっているため、これら貫通孔２１及び流路端凹部１４により形成される開口部１７は微細流路１５、１６に繋がっている。この開口部１７は、ゲル、試料、緩衝液の導入、保存、排出を行うための孔であり、分析装置（図示せず）に設けられたチューブやノズルに接続されて、このチューブやノズルを介してゲルや試料、緩衝液などを微細流路１５、１６に導入したり、微細流路１５、１６から排出したりする。なお、開口部１７（流路端凹部１４，貫通孔２１）の形状は、円形状に限らず、矩形状など、他の様々な形状であっても良い。また、開口部１７（流路端凹部１４，貫通孔２１）の内径は、分析手法や分析装置に合わせれば良く、例えば２ｍｍ程度であることが好ましい。
　以上の樹脂製基板１０，２０の形状は、ハンドリング、分析しやすい形状であればどのような形状であっても良いが、例えば正方形、長方形、円形などの形状が好ましい。また、樹脂製基板１０，２０の大きさは、１０ｍｍ角～２００ｍｍ角程度が好ましく、１０ｍｍ角～１００ｍｍ角がより好ましい。また、流路用溝１２、１３が形成された樹脂製基板１０の板厚は、成形性を考慮して、０．２ｍｍ～５ｍｍ程度が好ましく、０．５ｍｍ～２ｍｍがより好ましい。蓋（カバー）として機能する樹脂製基板２０の板厚は、成形性を考慮して、０．２ｍｍ～５ｍｍ程度が好ましく、０．５ｍｍ～２ｍｍがより好ましい。
　また、樹脂製基板１０、２０の材料には樹脂が用いられる。この樹脂としては、成形性（転写性、離型性）が良く、透明性が高く、紫外線や可視光に対する自己蛍光性が低いものが好ましく、例えば熱可塑性樹脂が用いられる。
　熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィンなどを用いることが好ましい。特に好ましいのは、ポリメタクリル酸メチル、環状ポリオレフィンを用いることである。なお、樹脂製基板１０と樹脂製基板２０とで、同じ材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。
　また、流路用溝が形成されない樹脂製基板２０には、熱可塑性樹脂の他、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などを用いても良い。熱硬化性樹脂としては、ポリジメチルシロキサンを用いることが好ましい。
　また、流路用溝１２，１３の形成される樹脂製基板１０は、後述するようにマスター型２に電鋳加工を施して形成される射出成形用金型（以下、成形用金型という）３を用い、射出成形法を適用することにより作製される。流路用溝が形成されていない樹脂製基板２０は押出成形法、Ｔダイ成形法、インフレーション成形法、又はカレンダ成形法などの射出成形法以外の方法によって作製されていても良いし、射出成形法によって作製されていても良い。
　以上の構成を具備するマイクロチップ１は、２枚の樹脂製基板１０，２０を押圧しつつ加熱接合することにより形成される。この際の加熱接合法や接合装置としては、従来より公知のものを用いることができる。
　続いて、本発明に係るマスター型２について説明する。図４はマスター型２の上面図であり、図５は図４のIV－IV断面図である。
　マスター型２は、マイクロチップ１の樹脂製基板１０を形成するためのものであり、詳しくは、樹脂製基板１０の射出成形に用いる成形用金型３の母型となるものである。図４，５に示すように、マスター型２は、積層され内側の腹面３０ａ，４０ａ同士で互いに貼合せられた２枚の矩形板状の平板部材３０，４０を備えている。
　このうち、平板部材３０には、厚さ方向に貫通する直線状の直線孔３１，３２が形成されている。これら直線孔３１，３２の両端部には、厚さ方向に貫通する円形状の円形孔３３がそれぞれ形成されている。
　一方、平板部材４０は、表面の平滑な部材であり、平板部材３０の腹面３０ａに接合されている。この接合によって平板部材４０は直線孔３１，３２や円形孔３３の底板として機能し、平板部材３０の直線孔３１，３２との間に直線凹部３４，３５を、円形孔３３との間に円形凹部３６を形成している。
　ここで、直線凹部３４，３５及び円形凹部３６の形状は、樹脂製基板１０の流路用溝１２，１３及び流路端凹部１４に相当するポジ形状となっており、つまり、これらと略同一の形状となっている。したがって、直線凹部３４，３５及び円形凹部３６の深さ（平板部材３０の厚さ）は、流路用溝１２，１３及び流路端凹部１４の深さと同様に、本実施形態においては５０μｍ以下となっている。また、直線凹部３４，３５及び円形凹部３６の断面の形状は矩形状であり、これらに露出している平板部材４０の腹面４０ａ、つまり、直線凹部３４，３５及び円形凹部３６の各底面３４ａ，３５ａ，３６ａは、平坦となっている。更に、本実施形態においては、当該底面３４ａ～３６ａの表面粗さがＲａ≦５０ｎｍとなっている。
　また、平板部材３０，４０の材質は、互いにレーザー加工性の異なるものであり、平板部材３０の方が平板部材４０よりも相対的にレーザー加工性の高い材質、つまり、同じレーザー照射条件下で比較した場合に、使用するレーザー光波長において吸収率が高い、或いは金属結合力が弱い等によりレーザー光によって除去されやすい材質となっている。更に、平板部材３０，４０の材質は、互いに拡散接合が可能なものであって、射出成形法を用いてマスター型２から成形用金型を成形する場合に、この射出成形時の圧力や熱に耐え得る強度と耐熱性を有したものとなっている。
　このような材質を有する材料として、平板部材３０の材料にステンレス鋼、平板部材４０の材料に銅又は銅合金を用いることができる。但し、本実施形態のように射出成形法ではなく電鋳加工によってマスター型２から成形用金型３を形成する場合には、上述のような射出成形に耐え得る強度や耐熱性が不要となり、平板部材３０の材料にアルミニウム又はアルミニウム合金、平板部材４０の材料に銅又は銅合金を用いることができる。
　続いて、本発明に係るマスター型２の製造方法について説明する。図６は、マスター型２の製造方法を説明するための図である。
　まず、図６（ａ）に示すように、平板部材３０，４０の製造加工前状態であるベース部材５０，６０を拡散接合し、マスター型２の製造加工前状態である型部材４を作製する。ここで、ベース部材５０，６０は、平板部材３０，４０の加工前状態であるため、上述した平板部材３０，４０の材質を有する材料で形成されている。また、ベース部材５０，６０の形状は、矩形板状であって互いの接合面５０ａ，６０ａが平坦であり、ベース部材５０の厚さが平板部材３０よりも厚くなっている。更に、本実施形態においては、ベース部材５０，６０の接合面５０ａ，６０ａの表面粗さがいずれもＲａ≦５０ｎｍとなっており、これにより、ベース部材５０，６０を強固に接合することができる。なお、上記表面粗さを得るための機械加工には、切削，研削，研磨加工等を適宜選択することができる。
　そして、所定の真空度に保持された図示しない真空チャンバ内において、互いの接合面５０ａ，６０ａを当接させ加圧させた状態でベース部材５０，６０を加熱することにより、互いの接合面５０ａ，６０ａ同士が圧着され、接合が完了する。この拡散接合により、接合面５０ａ，６０ａでは圧接による金属結合のほかに相互拡散が生じるため、ベース部材５０，６０を強固に接合することができる。
　次に、図６（ｂ）に示すように、機械加工によりベース部材５０の上面を加工する。ここでは、ベース部材５０の厚さが平板部材３０の厚さとなるまで加工する。なお、この際の機械加工には、切削，研削，研磨加工等を適宜選択することができる。
　次に、図６（ｃ）に示すように、レーザー照射装置７０を用いたレーザー加工により型部材４に直線凹部３４，３５及び円形凹部３６を形成する。なお、図６（ｃ）は、直線凹部３５のみが形成された型部材４を示しており、以下では、直線凹部３５を形成する方法を例に挙げて説明する。このとき、照射するレーザー光として、パルス幅が約１８０Ｆｓ（フェムト秒）の超短パルスレーザー光であり、且つ、波長が約８００ｎｍ、パルスエネルギーが約１ｍＪのパルスレーザー光を使用する。そして、このレーザー光を略平行光とし、レーザー光のビームウエストを接合面６０ａからベース部材６０側に約５０μｍシフトさせた状態で照射する。なお、このようなレーザー光を用いることにより、熱影響の極めて少ないアブレーション効果を利用したレーザー加工を実現することができる。
　そして、水平移動可能な移動手段７１に型部材４を載置して固定し、当該移動手段７１により型部材４を水平移動させつつ、レーザー照射装置７０により上記のレーザー光をベース部材５０の上面に略垂直に照射することで、照射範囲内のベース部材５０を除去して直線凹部３５を形成する。
　これにより、直線凹部３５の壁面となるベース部材５０が完全に除去されると共に、ベース部材６０はほとんど除去されないため、平坦な底面３５ａを有する直線凹部３５を形成することができる。
　なお、上記説明では、平坦な底面３５ａを形成するためにレーザー光のビームウエストを接合面からレーザー加工性の低いベース部材６０側にシフトさせる構成で説明しているが、係る方法はこれには限定されない。即ち本発明では、相対的にレーザー加工性の高い部材を完全に除去するようにレーザー加工することで、相対的にレーザー加工性の低い部材の接合面を実質的に利用して平坦面を得るものであれば良いため、必ずしも上述のように接合面からシフトさせなくても、レーザー光をベース部材５０側から照射して型部材４の移動速度、レーザー光の照射時間、焦点深度、走査回数等を適切に調整することで同様な構成を得るものであっても良い。
　こうして、型部材４に直線凹部３５が形成され、同様に直線凹部３４及び円形凹部３６を形成することで、マスター型２が完成する。
　続いて、本発明に係る成形用金型３について説明する。図７は成形用金型３の上面図であり、図８は図７のＶ－Ｖ断面図である。
　これらの図に示すように、成形用金型３は、転写層としての表面層８０と、矩形板状の金型本体９０とを備えている。表面層８０は、金型本体９０の一方の面に設けられ、金型本体９０と接していない面（図８の上面）に、マスター型２の直線凹部３４，３５及び円形凹部３６に相当するネガ形状（相補的形状）の直線凸部８１，８２及び円形凸部８３を有している。この表面層８０は、ニッケル、ニッケル－コバルト合金、ニッケル－コバルト－リン合金、銅等で形成されている。また、金型本体９０は、成形用金型３の扱いを容易に行えるよう、表面層８０よりも硬い材料で形成されている。
　この成形用金型３は、マスター型２に電鋳加工を施すことにより形成される。具体的には、まず、マスター型２における平板部材３０の上面に、電気メッキ法によりニッケル、ニッケル－コバルト合金、ニッケル－コバルト－リン合金、銅等の金属を析出させて表面層８０を形成する。続けて、表面層８０の上から再度電鋳加工を行い、金型本体９０を形成する。そして、表面層８０をマスター型２から剥離させて、成形用金型３が完成する。
　以上のマスター型２の製造方法によれば、レーザー加工性の異なる２つのベース部材５０，６０をそれぞれの平坦な接合面５０ａ，６０ａで拡散接合した型部材４に対し、２つのベース部材５０，６０のうち相対的にレーザー加工性の高い、つまりレーザー光で除去されやすいベース部材５０の側から、除去されにくいベース部材６０に向けて所定波長のレーザー光を照射して、レーザーアブレーションによりベース部材５０のレーザー被照射部分を完全に除去するので、このレーザー加工によって形成される微細な直線凹部３４，３５は、ベース部材６０の平坦な接合面６０ａが底面３４ａ，３５ａとして露出した形状となる。すなわち、底面３４ａ，３５ａが平坦となる微細な直線凹部３４，３５を形成することができる。
　また、アブレーション効果を利用することで、熱影響の極めて小さいレーザー加工を行うことができ、型部材４の熱変形を抑制して微細な直線凹部３４，３５を高精度に形成することができる。また、従来と異なり、レーザー光を分割するため等の特殊な装置を設けたり特別な加工条件を設定したりする必要がないので、微細な直線凹部３４，３５を簡易に形成することができる。したがって、底面３４ａ，３５ａが平坦となる微細な直線凹部３４，３５を高精度且つ簡易に形成することができる。
　なお、本発明は上記の実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
　特に、上記実施形態では、２つのベース部材５０，６０を積層し一方のベース部材５０のみを除去して直線凹部３５を形成する例について説明しているが、積層される部材は３つ以上であっても良い。その場合、積層された部材のうちの２つの部材は各々がレーザー加工性の異なる部材であって、それらの接合面を拡散接合で接合し、当該接合面に対してレーザー加工性の相対的に高い部材側の積層部材をレーザー光照射によるレーザーブレーションにより完全に除去することで、当該接合面に対してレーザー加工性の高い部材で凹部の壁面を形成するような構成であれば良い。例えば、３つの部材を積層した場合には、上層及び中層の部材を下層の部材よりも相対的にレーザー加工性の高い部材で構成し、この上層及び中層の部材をレーザーアブレーションにより完全に除去して、上層及び中層の部材の合算厚みに相当する深さの凹部を形成する構成としても良い。
　また、上記実施形態では、微細な凹部として直線凹部３４，３５を挙げて説明したが、この微細な凹部は直線状に限定されず、曲線状であっても良いし、直径が５０μｍ以下の円形状であっても良い。
　２　マスター型（射出成形用マスター型）
　３　成形用金型（射出成形用金型）
　４　型部材
　３４，３５　直線凹部（凹部）
　５０　ベース部材（一方の部材）
　５０ａ，６０ａ　接合面
　６０　ベース部材（他方の部材）
　８１，８２　直線凸部（凸部）

Claims (8)

  1. 　型部材に凹部を形成する射出成形用マスター型の製造方法において、
    　前記型部材として複数の部材を積層したものを用いるとともに、積層された前記複数の部材のうちの少なくとも２つの部材としてそれぞれレーザー加工性の異なる部材を平坦な接合面で拡散接合したものを用い、
    　所定波長のレーザー光を、前記２つの部材のうち相対的にレーザー加工性の高い一方の部材側からレーザー加工性の低い他方の部材に向けて照射し、レーザーアブレーションにより前記接合面に対して前記一方の部材側の積層部材のレーザー被照射部分を完全に除去することで、前記型部材に前記凹部を形成することを特徴とする射出成形用マスター型の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の射出成形用マスター型の製造方法において、
    　積層された前記複数の部材は２つの部材であることを特徴とする射出成形用マスター型の製造方法。
  3. 　請求項１又は２に記載の射出成形用マスター型の製造方法において、
    　前記レーザー加工により形成される前記凹部の深さは１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする射出成形用マスター型の製造方法。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の射出成形用マスター型の製造方法において、
    　前記レーザー加工は超短パルスレーザー光を使用するものであることを特徴とする射出成形用マスター型の製造方法。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の射出成形用マスター型の製造方法において、
    　前記型部材として、前記一方の部材の材料がステンレス鋼であり、前記他方の部材の材料が銅又は銅合金であるものを用いることを特徴とする射出成形用マスター型の製造方法。
  6. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の射出成形用マスター型の製造方法において、
    　電鋳加工によって射出成形用金型を形成するための射出成形用マスター型を製造する場合には、
    　前記型部材として、前記一方の部材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記他方の部材の材料が銅又は銅合金であるものを用いることを特徴とする射出成形用マスター型の製造方法。
  7. 　前記型部材として、前記他方の部材の前記接合面の表面粗さがＲａ≦５０ｎｍであるものを用い、請求項１～６のいずれか一項に記載の射出成形用マスター型の製造方法によって製造される射出成形用マスター型において、
    　形成される前記凹部は、底面が平坦であるとともに、当該底面の表面粗さがＲａ≦５０ｎｍであることを特徴とする射出成形用マスター型。
  8. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の射出成形用マスター型の製造方法によって製造された射出成形用マスター型を用いて形成される射出成形用金型において、
    　前記射出成形用マスター型に電鋳加工を施して形成され、前記凹部と相補的形状の凸部を有することを特徴とする射出成形用金型。
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