(57)【要約】【課題】プラスチック成形に用いられる微細で複雑な形状の金型中子を製作する。【解決手段】金型中子の立体形状を３次元ＣＡＤでモデリングし、この立体形状のサーフェスデータの３次元座標群を抽出する。この３次元座標群に基づいてレチクルを作製し、このレチクルを用いてフォトリソグラフィで金型中子の立体形状に対応する凹形状のフォトレジストからなるレジスト凹型３を形成する。このレジスト凹型３を母型として凸形状の紫外線硬化型樹脂からなる樹脂凸型を形成し、この樹脂凸型を母型として電鋳で金型中子を製作する。【選択図】図１
2010012665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック成形用の金型中子を製作する金型中子製作方法であって、
前記金型中子の立体形状のサーフェスデータの３次元座標群に基づいてレチクルを作製するレチクル作製工程と、
前記レチクル作製工程で作製されたレチクルを用いてフォトリソグラフィで前記金型中子の立体形状に対応する凹形状のフォトレジストからなるレジスト凹型を形成するレジスト形成工程と、
前記レジスト形成工程で形成されたレジスト凹型を母型として凸形状の紫外線硬化型樹脂からなる樹脂凸型を形成する樹脂形成工程と、
前記樹脂形成工程で形成された樹脂凸型を母型として前記金型中子を製作する中子製作工程と
を含むことを特徴とする金型中子製作方法。
【請求項２】
プラスチック成形用の金型中子を製作する金型中子製作方法であって、
前記金型中子の立体形状を３次元ＣＡＤでモデリングする形状モデリング工程と、
前記形状モデリング工程でモデリングされた立体形状のサーフェスデータの３次元座標群を抽出する座標群抽出工程と、
前記座標群抽出工程で抽出された３次元座標群に基づいてレチクルを作製するレチクル作製工程と、
前記レチクル作製工程で作製されたレチクルを用いてフォトリソグラフィで前記金型中子の立体形状に対応する凹形状のフォトレジストからなるレジスト凹型を形成するレジスト形成工程と、
前記レジスト形成工程で形成されたレジスト凹型を母型として凸形状の紫外線硬化型樹脂からなる樹脂凸型を形成する樹脂形成工程と、
前記樹脂形成工程で形成された樹脂凸型を母型として電鋳で前記金型中子を製作する中子製作工程と
を含むことを特徴とする金型中子製作方法。
【請求項３】
プラスチック成形用の金型中子を製作する金型中子製作方法であって、
前記金型中子の立体形状を３次元ＣＡＤでモデリングする形状モデリング工程と、
前記形状モデリング工程でモデリングされた立体形状のサーフェスデータの３次元座標群を抽出する座標群抽出工程と、
前記座標群抽出工程で抽出された３次元座標群に基づいてレチクルを作製するレチクル作製工程と、
前記レチクル作製工程で作製されたレチクルを用いてフォトリソグラフィで前記金型中子の立体形状に対応する凸形状のフォトレジストからなるレジスト凸型を形成するレジスト形成工程と、
前記レジスト形成工程で形成されたレジスト凸型を母型として凹形状の第１紫外線硬化型樹脂からなる樹脂凹型を形成する第１樹脂形成工程と、
前記第１樹脂形成工程で形成された樹脂凹型を母型として凸形状の第２紫外線硬化型樹脂からなる樹脂凸型を形成する第２樹脂形成工程と、
前記第２樹脂形成工程で形成された樹脂凸型を母型として電鋳で前記金型中子を製作する中子製作工程と
を含むことを特徴とする金型中子製作方法。
【請求項４】
前記レチクル作製工程において、
前記３次元座標群に基づいてグレースケール値を算出し、このグレースケール値に基づいて元グレースケールマスクを作製し、この元グレースケールマスクを縮小露光して前記レチクルを作製することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金型中子製作方法。
【請求項５】
前記グレースケール値を算出する際に、当該グレースケール値は、前記３次元座標群の各Ｚ座標と前記フォトレジストの感度との積に比例するとしたことを特徴とする請求項４に記載の金型中子製作方法。
【請求項６】
前記レジスト形成工程において、
前記レチクルを縮小露光して前記レジスト凹型または前記レジスト凸型を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の金型中子製作方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の金型中子製作方法によって製作されたことを特徴とする金型中子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血糖値測定のためのプラスチック製の穿刺用針を射出成形で製作する際などに用いられる金型中子を製造するときに適用される金型中子製作方法および金型中子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の穿刺用針としては、従来、金属製のものが多用されている（例えば、特許文献１参照）。ところが、金属製の穿刺用針だと、針の形状に制約が生じるため、穿刺時の痛みを十分には軽減できないばかりか、大量消費されるため、その廃棄方法が社会問題になっている。
【０００３】
そこで、こうした問題に対処すべく、プラスチック製の穿刺用針が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−３８０２１号公報
【特許文献２】特開２００２−１７２１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、穿刺時の痛みを軽減するには、単に穿刺部の直径を細くするのみならず、微細で複雑な形状（蚊の口吻に似せた形状）に仕上げる必要がある。こうした微細で複雑な形状をプラスチック成形するための金型中子は、従来の機械加工では製作することができないという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、プラスチック成形に用いられる微細で複雑な形状の金型中子を製作することが可能な金型中子製作方法および金型中子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る第１の金型中子製作方法は、プラスチック成形用の金型中子（７）を製作する金型中子製作方法であって、前記金型中子の立体形状のサーフェスデータの３次元座標群に基づいてレチクルを作製するレチクル作製工程と、前記レチクル作製工程で作製されたレチクルを用いてフォトリソグラフィで前記金型中子の立体形状に対応する凹形状のフォトレジストからなるレジスト凹型（３）を形成するレジスト形成工程と、前記レジスト形成工程で形成されたレジスト凹型を母型として凸形状の紫外線硬化型樹脂からなる樹脂凸型（５）を形成する樹脂形成工程と、前記樹脂形成工程で形成された樹脂凸型を母型として前記金型中子を製作する中子製作工程とを含む金型中子製作方法としたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る金型中子（７）は、上記金型中子製作方法によって製作された金型中子としたことを特徴とする。
【０００８】
なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものでないことは言及するまでもない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、自由立体形状を製作するのに適したレチクル（グレースケールマスク）と、厚膜のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィとを組み合わせて適用することにより、プラスチック成形に用いられる微細で複雑な形状の金型中子を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
【００１１】
図１乃至図３は、本発明の実施の形態１に係る図である。
【００１２】
この実施の形態１において、プラスチック射出成形用の金型中子を製作する際には、次の手順による。
【００１３】
まず、形状モデリング工程で、製作すべき金型中子の立体形状を３次元ＣＡＤ（計算機支援設計）でモデリングする。この３次元ＣＡＤとしては、例えば、富士通株式会社製のICAD/SX-UPを使用することができる。
【００１４】
次に、座標群抽出工程に移行し、金型中子の立体形状のサーフェスデータの３次元座標群を抽出する。すなわち、先ほどモデリングした金型中子の立体形状よりサーフェスデータを作成し、これを所定の縦横サイズ（例えば、０．５μｍ×０．５μｍ）のメッシュで切り出した後、それぞれの位置でのＺ座標を取り出し、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標群、つまり３次元座標群を作成する。
【００１５】
その後、レチクル作製工程に移行し、金型中子の立体形状のサーフェスデータの３次元座標群に基づいてレチクルを作製する。すなわち、先ほど抽出した３次元座標群のＺ座標に所定の関数を乗じてグレースケール値（透過率）を算出する。この関数は、後述するレジスト形成工程で使用するフォトレジストの感度と、投影レンズの光学特性に基づいたものである。次に、このグレースケール値に基づき、金型中子の立体形状の所定の倍率（例えば、２５倍）の元グレースケールマスクをレーザープロッタで描画する。このとき、一辺が所定の長さ（例えば、１２．５μｍ）の正方形領域を１階調領域とし、その開ロ面積比を元グレースケールマスクのその位置（例えば、（２５Ｘ，２５Ｙ））におけるグレースケール値とする。そして、この元グレースケールマスクより、縮小投影型露光装置（例えば、株式会社ニコン製のｉ線ステッパーNSR-I12型）を用いて所定の縮小率（例えば、１／５）で縮小露光し、金型中子の立体形状の所定の倍率（例えば、５倍）のレチクルを作製する。
【００１６】
次いで、レジスト形成工程に移行し、図１に示すように、先ほど作製したレチクルを用いてフォトリソグラフィで金型中子の立体形状に対応する凹形状のフォトレジストからなるレジスト凹型３を形成する。それには、図１（ａ）に示すように、ガラス基板１上にポジ型のフォトレジストを所定の厚さＴ１（例えば、Ｔ１＝１２０μｍ）だけ塗布してレジスト層２を形成する。そして、縮小投影型露光装置（例えば、株式会社ニコン製のｇ線ステッパーNSR-G8型）を用いて、先ほど作製したレチクルを所定の縮小率（例えば、１／５）で縮小露光することにより、図１（ｂ）に示すように、金型中子の立体形状と等倍の凹部２ａをレジスト層２に形成する。その結果、ガラス基板１上に凹形状のフォトレジストからなるレジスト凹型３が形成される。
【００１７】
このように、レチクル作製工程およびレジスト形成工程において２段階で所定の縮小率（例えば、１／２５）に縮小露光されるため、金型中子の立体形状を正確に転写することができる。
【００１８】
次に、樹脂形成工程に移行し、図２に示すように、先ほど形成したレジスト凹型３を母型として凸形状の紫外線硬化型樹脂１０からなる樹脂凸型５を形成する。それには、図２（ａ）に示すように、レジスト凹型３が形成されたガラス基板１上に液状の紫外線硬化型樹脂１０を滴下し、その上に白板ガラス６を載置して等分布荷重をかけることにより、紫外線硬化型樹脂１０を均一に伸ばす。この状態で、水銀ランプ（図示せず）を用いて紫外線硬化型樹脂１０に紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂１０を硬化させる。その後、図２（ｂ）に示すように、レジスト凹型３をアセトンで溶解し、ガラス基板１から白板ガラス６を剥離する。すると、白板ガラス６上に凸形状の紫外線硬化型樹脂１０からなる樹脂凸型５が形成される。
【００１９】
最後に、中子製作工程に移行し、図３に示すように、先ほど形成した樹脂凸型５を母型として電鋳（電気鋳造）で金型中子７を製作する。それには、白板ガラス６上の凸形状の樹脂凸型５に対して、電鋳の電極となるニッケル膜をスパッタにより成膜した後、図３（ａ）に示すように、樹脂凸型５をニッケル電鋳浴に浸漬して所定の厚さ（例えば、２ｍｍ程度）のニッケル電鋳塊９を製作する。その後、図３（ｂ）に示すように、樹脂凸型５からニッケル電鋳塊９を分離し、このニッケル電鋳塊９を金型（モールドベース）に組み込めるようにするため、ニッケル電鋳塊９の外周および裏面に所定の加工を施す。すると、金型中子７が完成する。
【００２０】
ここで、金型中子７の製作作業が終了する。こうして製作された金型中子７を金型に組み込むことにより、所定の立体形状をもつキャビティが形成される。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１によれば、自由立体形状を製作するのに適したレチクル（グレースケールマスク）と、厚膜のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィとが組み合わされて適用されるため、プラスチック成形に用いられる微細で複雑な形状の金型中子７を製作することが可能となる。
［発明の実施の形態２］
【００２２】
図４乃至図７は、本発明の実施の形態２に係る図である。
【００２３】
この実施の形態２において、プラスチック射出成形用の金型中子を製作する際には、次の手順による。
【００２４】
まず、形状モデリング工程で、製作すべき金型中子の立体形状を３次元ＣＡＤでモデリングする。この３次元ＣＡＤとしては、例えば、富士通株式会社製のICAD/SX-UPを使用することができる。
【００２５】
次に、座標群抽出工程に移行し、金型中子の立体形状のサーフェスデータの３次元座標群を抽出する。すなわち、先ほどモデリングした金型中子の立体形状よりサーフェスデータを作成し、これを所定の縦横サイズ（例えば、０．５μｍ×０．５μｍ）のメッシュで切り出した後、それぞれの位置でのＺ座標を取り出し、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標群、つまり３次元座標群を作成する。
【００２６】
その後、レチクル作製工程に移行し、金型中子の立体形状のサーフェスデータの３次元座標群に基づいてレチクルを作製する。すなわち、先ほど抽出した３次元座標群のＺ座標に所定の関数を乗じてグレースケール値（透過率）を算出する。この関数は、後述するレジスト形成工程で使用するフォトレジストの感度と、投影レンズの光学特性に基づいたものである。次に、このグレースケール値に基づき、金型中子の立体形状の所定の倍率（例えば、２５倍）の元グレースケールマスクをレーザープロッタで描画する。このとき、一辺が所定の長さ（例えば、１２．５μｍ）の正方形領域を１階調領域とし、その開ロ面積比を元グレースケールマスクのその位置（例えば、（２５Ｘ，２５Ｙ））におけるグレースケール値とする。そして、この元グレースケールマスクより、縮小投影型露光装置（例えば、株式会社ニコン製のｉ線ステッパーNSR-I12型）を用いて所定の縮小率（例えば、１／５）で縮小露光し、金型中子の立体形状の所定の倍率（例えば、５倍）のレチクルを作製する。
【００２７】
次いで、レジスト形成工程に移行し、図４に示すように、先ほど作製したレチクルを用いてフォトリソグラフィで金型中子の立体形状に対応する凸形状のフォトレジストからなるレジスト凸型４を形成する。それには、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１上にポジ型のフォトレジストを所定の厚さＴ１（例えば、Ｔ１＝１２０μｍ）だけ塗布してレジスト層２を形成する。そして、縮小投影型露光装置（例えば、株式会社ニコン製のｇ線ステッパーNSR-G8型）を用いて、先ほど作製したレチクルを所定の縮小率（例えば、１／５）で縮小露光することにより、図４（ｂ）に示すように、金型中子の立体形状と等倍の凸部２ｂをレジスト層２に形成する。その結果、ガラス基板１上に凸形状のフォトレジストからなるレジスト凸型４が形成される。
【００２８】
このように、レチクル作製工程およびレジスト形成工程において２段階で所定の縮小率（例えば、１／２５）に縮小露光されるため、金型中子の立体形状を正確に転写することができる。
【００２９】
次に、第１樹脂形成工程に移行し、図５に示すように、先ほど形成したレジスト凸型４を母型として凹形状の第１紫外線硬化型樹脂１１からなる樹脂凹型８を形成する。それには、図５（ａ）に示すように、レジスト凸型４が形成されたガラス基板１上に液状の第１紫外線硬化型樹脂１１を滴下し、その上に第１白板ガラス１３を載置して等分布荷重をかけることにより、第１紫外線硬化型樹脂１１を均一に伸ばす。この状態で、水銀ランプ（図示せず）を用いて第１紫外線硬化型樹脂１１に紫外線を照射して、第１紫外線硬化型樹脂１１を硬化させる。その後、図５（ｂ）に示すように、レジスト凸型４をアセトンで溶解し、ガラス基板１から第１白板ガラス１３を剥離する。すると、第１白板ガラス１３上に凹形状の第１紫外線硬化型樹脂１１からなる樹脂凹型８が形成される。
【００３０】
その後、第２樹脂形成工程に移行し、図６に示すように、先ほど形成した樹脂凹型８を母型として凸形状の第２紫外線硬化型樹脂１２からなる樹脂凸型１５を形成する。それには、図６（ａ）に示すように、樹脂凹型８が形成された第１白板ガラス１３を上下反転させた後、この第１白板ガラス１３上に液状の第２紫外線硬化型樹脂１２を滴下し、その上に第２白板ガラス１４を載置して等分布荷重をかけることにより、第２紫外線硬化型樹脂１２を均一に伸ばす。このとき、第１白板ガラス１３のパターン面には、スパッタにより、ニッケル膜を付けて、第２白板ガラス１４との離型処理を施しておく。この状態で、水銀ランプ（図示せず）を用いて第２紫外線硬化型樹脂１２に紫外線を照射して、第２紫外線硬化型樹脂１２を硬化させる。その後、図６（ｂ）に示すように、第１白板ガラス１３から第２白板ガラス１４を剥離する。すると、第２白板ガラス１４上に凸形状の第２紫外線硬化型樹脂１２からなる樹脂凸型１５が形成される。
【００３１】
最後に、中子製作工程に移行し、図７に示すように、先ほど形成した樹脂凸型１５を母型として電鋳で金型中子７を製作する。それには、第２白板ガラス１４上の凸形状の樹脂凸型１５に対して、電鋳の電極となるニッケル膜をスパッタにより成膜した後、図７（ａ）に示すように、樹脂凸型１５をニッケル電鋳浴に浸漬して所定の厚さ（例えば、２ｍｍ程度）のニッケル電鋳塊９を製作する。その後、図７（ｂ）に示すように、樹脂凸型１５からニッケル電鋳塊９を分離し、このニッケル電鋳塊９を金型（モールドベース）に組み込めるようにするため、ニッケル電鋳塊９の外周および裏面に所定の加工を施す。すると、金型中子７が完成する。
【００３２】
ここで、金型中子７の製作作業が終了する。こうして製作された金型中子７を金型に組み込むことにより、所定の立体形状をもつキャビティが形成される。
【００３３】
以上のように、この実施の形態２によれば、自由立体形状を製作するのに適したレチクル（グレースケールマスク）と、厚膜のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィとが組み合わされて適用されるため、プラスチック成形に用いられる微細で複雑な形状の金型中子７を製作することが可能となる。
【００３４】
しかも、第１樹脂形成工程で形成された樹脂凹型８は、第２樹脂形成工程で樹脂凸型１５を形成した後もそのままの形で残存するので、この樹脂凹型８を使用して何回でも樹脂凸型１５を形成することができる。
［発明のその他の実施の形態］
【００３５】
なお、上述した実施の形態１、２では、射出成形用の金型中子７について説明したが、射出成形以外のプラスチック成形（例えば、押し出し成形、ブロー成形、圧縮成形、真空成形など）に用いられる金型中子７に本発明を同様に適用することも可能である。
【００３６】
また、上述した実施の形態１、２では、レチクル作製工程の前段に座標群抽出工程を設けるとともに、座標群抽出工程の前段に形状モデリング工程を設ける場合について説明したが、金型中子７の立体形状のサーフェスデータの３次元座標群を得る代替工程があれば、これらの座標群抽出工程、形状モデリング工程を省くこともできる。
【００３７】
さらに、上述した実施の形態１、２では、電鋳で金型中子７を製作する場合について説明したが、電鋳以外の手法（例えば、ドライエッチングによるレジスト形状の基材への形状転写など）を用いてガラス製またはシリコン製の金型中子７を製作することも可能である。
【００３８】
また、上述した実施の形態１、２では、レチクル作製工程において、レーザープロッタで元グレースケールマスクを描画する場合について説明し、レーザープロッタの代わりに電子線描画装置を用いて元グレースケールマスクを描画するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、血糖値測定やインシュリン投与、点滴、輸血のために用いられる医療用針など各種の医療用デバイスを製作する際に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る金型中子製作方法のレジスト形成工程を示す断面図であって、（ａ）はガラス基板上にポジ型のフォトレジストが塗布された状態図、（ｂ）はガラス基板上にレジスト凹型が形成された状態図である。
【図２】同実施の形態１に係る金型中子製作方法の樹脂形成工程を示す断面図であって、（ａ）はガラス基板上に紫外線硬化型樹脂が滴下されて加圧された状態図、（ｂ）は樹脂凸型が形成された状態図である。
【図３】同実施の形態１に係る金型中子製作方法の中子製作工程を示す断面図であって、（ａ）は樹脂凸型がニッケル電鋳浴に浸漬された状態図、（ｂ）は樹脂凸型からニッケル電鋳塊が分離された状態図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る金型中子製作方法のレジスト形成工程を示す断面図であって、（ａ）はガラス基板上にポジ型のフォトレジストが塗布された状態図、（ｂ）はガラス基板上にレジスト凸型が形成された状態図である。
【図５】同実施の形態２に係る金型中子製作方法の第１樹脂形成工程を示す断面図であって、（ａ）はガラス基板上に第１紫外線硬化型樹脂が滴下されて加圧された状態図、（ｂ）は樹脂凹型が形成された状態図である。
【図６】同実施の形態２に係る金型中子製作方法の第２樹脂形成工程を示す断面図であって、（ａ）は樹脂凹型上に第２紫外線硬化型樹脂が滴下されて加圧された状態図、（ｂ）は樹脂凸型が形成された状態図である。
【図７】同実施の形態２に係る金型中子製作方法の中子製作工程を示す断面図であって、（ａ）は樹脂凸型がニッケル電鋳浴に浸漬された状態図、（ｂ）は樹脂凸型からニッケル電鋳塊が分離された状態図である。
【符号の説明】
【００４１】
１……ガラス基板
２……レジスト層
２ａ……凹部
２ｂ……凸部
３……レジスト凹型
４……レジスト凸型
５……樹脂凸型
６……白板ガラス
７……金型中子
８……樹脂凹型
９……ニッケル電鋳塊
１０……紫外線硬化型樹脂
１１……第１紫外線硬化型樹脂
１２……第２紫外線硬化型樹脂
１３……第１白板ガラス
１４……第２白板ガラス
１５……樹脂凸型
【図１】
2010012665.tif 000003
【図２】
2010012665.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010012665.tif 000008
【図７】
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