(57)【特許請求の範囲】
【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弾性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、
前記弾性部材に振動を与えて前記微小構造体を前記弾性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。
【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。
【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。
【請求項４】
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。
【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。
【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。
【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。
【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１０１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（７０１）。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１０５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、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弾性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、前記弾性部材に振動を与えて前記微小構造体を前記弾性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１０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１４、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（３０１）し、混合して弾性部材２１の素材を生成する（３０２）。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１７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×２ｍｍ×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１０２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２０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１０４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±０．０１ｍｍ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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