(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の微細貫通孔を含む微細貫通孔領域を有する平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する微細貫通孔成形品を製造する微細貫通孔成形装置において、
受台と、
受台上に保持され、耐熱性を有するバックシートであって、平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する合成樹脂製のプリフォームを支持するバックシートと、
バックシート上方に配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型とを備え、  超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動してプリフォームの平板部を振動加熱し、プリフォームの平板部を溶融して平板部に多数の微細貫通孔を形成することを特徴とする、微細貫通孔成形装置。
【請求項２】
超音波成形型の突状部は、特定の突状部形成領域内に配置され、
受台のうち突状部形成領域に対応する位置に、突状部形成領域との間でプリフォームの平板部およびバックシートを挟持する突出領域が設けられている、請求項１に記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項３】
受台のうち突出領域の周囲に凹状領域が設けられ、プリフォームの周縁フランジは、この凹状領域に嵌合する、請求項２に記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項４】
バックシートの上面に、プリフォームに対して剥離性を有するバックシート剥離層が形成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項５】
受台に、受台上面を所望の温度に加温して、バックシート上方に配置されたプリフォームを所望の温度に加熱できる温度制御装置が接続されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微細貫通孔成形装置を用いて、多数の微細貫通孔を含む微細貫通孔領域を有する平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する微細貫通孔成形品を製造する方法であって、
受台上に耐熱性を有するバックシートを保持する工程と、
バックシート上に、平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する合成樹脂製のプリフォームを支持する工程と、
バックシート上方に予め配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型を下降させて、超音波振動する突状部をプリフォームの平板部に当接させて、平板部を振動加熱し、平板部のうち突状部が当接した部分を軟化ないし溶融させる工程と、
超音波成形型をさらに下降させて、超音波成形型の突状部と受台との間で、軟化ないし溶融した平板部およびバックシートを挟持し、この状態で、超音波成形型の突状部を超音波振動させて平板部を振動加熱し、突状部により平板部を貫通して、平板部に多数の微細貫通孔を形成する工程とを備えたことを特徴とする、方法。
【請求項７】
プリフォームを支持する工程の前に、平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有するプリフォームを予め作製する工程が設けられている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
微細貫通孔の形成工程の後、超音波成形型を上昇させて突状部をプリフォームから抜出する工程をさらに備える、請求項６または７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂からなるプリフォーム（予備成形体）に多数の微細貫通孔を形成するための微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形装置を用いて多数の微細貫通孔を有する微細貫通孔成形品を製造する微細貫通孔成形品の製造方法、および微細貫通孔成形装置を用いて製造された微細貫通孔成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属シートに対して多数の微細な貫通孔を形成することが行われている。この場合、まず金属シートにフォトリソグラフィ法によって所定のパターンをパターニングし、その後、これに化学エッチングまたはドライエッチングを施すことにより、多数の貫通孔を形成するのが一般的である。またレーザービーム、電子ビーム、中性子ビームで貫通孔をあける方法もある。
【０００３】
しかしながら、このような方法を用いた場合、加工上の制約を受けることにより、微細な貫通孔の形状を機能用途に合わせて自在に設定することは困難である。また、対象となるシートはガラス、半導体、金属等に限られる。さらに、貫通孔を形成するための工程数が多いため、多数の製造装置を用いる必要がある（例えば、特開平５−２８９１２号公報）。
【０００４】
一方、合成樹脂製のシートに多数の微細な（例えば直径１００μｍ以下の）貫通孔を形成しようとする場合、ナノインプリント技術（金型に形成された微細な凹凸を樹脂材料上に転写する技術）を用いることも考えられる。しかしながら、ナノインプリント技術を用いた場合、樹脂材料表面に微細な凹凸を形成することはできるが、樹脂材料を貫通する貫通孔を形成することはできない。
【０００５】
また、合成樹脂製のシートに多数の微細な貫通孔を形成する場合、射出成形方法を用いることも考えられる。しかしながら、この場合、金型内で溶融樹脂がうまく流動せず、微細な貫通孔を形成することはできない。さらに、圧縮成形方法を用いたとしても、同様に微細な貫通孔を形成することはできない。このように、合成樹脂製のシートに多数の微細な貫通孔を形成することは容易でない。
【０００６】
ところで、本出願人は、特開２０１０−１３７３１３号公報において、超音波振動する突状部を有する超音波成形型を用いて、合成樹脂からなる基材シートに多数の微細貫通孔を形成することが提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２８９１２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３７３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２０１０−１３７３１３号公報で提案されている微細貫通孔成形装置は、超音波振動する突状部を合成樹脂からなる基材シートに当接させて、超音波振動のエネルギーを熱エネルギーに変えて基材シートを局部的に溶融させて、突状部の形状を基材シートに賦型することにより、基材シートに多数の微細貫通孔を形成するものである。しかしながら、基材シートに代えて、微細貫通孔が形成される領域以外の部分に厚肉のフランジが設けられたプリフォームに貫通孔を形成する場合、様々な制約を受けるおそれがある。
【０００９】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、簡易かつ短時間に、合成樹脂のプリフォームに多数の微細な貫通孔を容易かつ効率的に形成し、多数の微細貫通孔を含む微細貫通孔領域を有する平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する微細貫通孔成形品を製造することが可能な微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形品の製造方法、およびこのような微細貫通孔成形装置を用いて製造された微細貫通孔成形品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】
【００１０】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置は、多数の微細貫通孔を含む微細貫通孔領域を有する平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する微細貫通孔成形品を製造する微細貫通孔成形装置において、受台と、受台上に保持され、耐熱性を有するバックシートであって、平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する合成樹脂製のプリフォームを支持するバックシートと、バックシート上方に配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型とを備え、超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動してプリフォームの平板部を振動加熱し、プリフォームの平板部を溶融して平板部に多数の微細貫通孔を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置において、超音波成形型の突状部は、特定の突状部形成領域内に配置され、受台のうち突状部形成領域に対応する位置に、突状部形成領域との間でプリフォームの平板部およびバックシートを挟持する突出領域が設けられていてもよい。
【００１２】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置において、受台のうち突出領域の周囲に凹状領域が設けられ、プリフォームの周縁フランジは、この凹状領域に嵌合してもよい。
【００１３】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置において、バックシートの上面に、プリフォームに対して剥離性を有するバックシート剥離層が形成されていてもよい。
【００１４】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置において、受台に、受台上面を所望の温度に加温して、バックシート上方に配置されたプリフォームを所望の温度に加熱できる温度制御装置が接続されていてもよい。
【００１５】
また、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法は、微細貫通孔成形装置を用いて、多数の微細貫通孔を含む微細貫通孔領域を有する平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する微細貫通孔成形品を製造する方法であって、受台上に耐熱性を有するバックシートを保持する工程と、バックシート上に、平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する合成樹脂製のプリフォームを支持する工程と、バックシート上方に予め配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型を下降させて、超音波振動する突状部をプリフォームの平板部に当接させて、平板部を振動加熱し、平板部のうち突状部が当接した部分を軟化ないし溶融させる工程と、超音波成形型をさらに下降させて、超音波成形型の突状部と受台との間で、軟化ないし溶融した平板部およびバックシートを挟持し、この状態で、超音波成形型の突状部を超音波振動させて平板部を振動加熱し、突状部により平板部を貫通して、平板部に多数の微細貫通孔を形成する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法において、プリフォームを支持する工程の前に、平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有するプリフォームを予め作製する工程が設けられていてもよい。
【００１７】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法において、微細貫通孔の形成工程の後、超音波成形型を上昇させて突状部をプリフォームから抜出する工程をさらに備えていてもよい。
【００１８】
また、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品は、微細貫通孔成形装置を用いて成形された微細貫通孔成形品において、多数の微細貫通孔を含む微細貫通孔領域を有する平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品において、微細貫通孔の直径が、平板部の表裏において異なっており、一方の面の直径が１〜１０μｍであり、他方の面の直径が２０〜８０μｍであってもよい。
【００２０】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品において、平板部の微細貫通孔領域に形成された微細貫通孔の密度が、２００〜１０００個／ｍｍ２であってもよい。
【００２１】
本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品において、貫通孔が末広がりのコニーデ形状を有していてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、超音波成形型は上下方向に超音波振動してプリフォームの平板部を振動加熱し、プリフォームの平板部を溶融して平板部に多数の微細貫通孔を形成する。これにより、超音波成形型により平板部を効率的に溶融ないし軟化させることができ、多数の微細貫通孔を含む微細貫通孔領域を有する平板部と、平板部外周に設けられ、平板部より厚肉となる周縁フランジとを有する微細貫通孔成形品を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置を示す概略正面図。
【図２】プリフォームを示す平面図。
【図３】プリフォームを示す断面図（図２のIII−III線断面図）。
【図４】図１の微細貫通孔成形装置の一部を拡大した拡大概略断面図。
【図５】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す正面図。
【図６】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す底面図（図５のVI方向矢視図）。
【図７】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す垂直断面図（図６のVII−VII線断面図）。
【図８】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を作製する方法を示す概略斜視図。
【図９】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を作製する方法を示す概略断面図。
【図１０】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法を示す概略図。
【図１１】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法において、超音波成形型の突状部先端の挙動を示す図。
【図１２】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品を示す平面図。
【図１３】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品を示す断面図（図１２のXIII−XIII線断面図）。
【図１４】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品を示す拡大平面図。
【図１５】本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品を示す拡大垂直断面図（図１４のXV−XV線断面図）。
【図１６】本発明の一実施の形態によるミスト発生装置の一部を拡大した拡大概略断面図。
【図１７】プリフォームの製造方法（フィルムフープ成形法）を示す概略図。
【図１８】プリフォームの製造方法（射出コンプレッション成形法）を示す概略図。
【図１９】プリフォームの製造方法（超音波溶着法、熱溶着法、または接着材を使用した接着法）を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１〜図１９は本発明の一実施の形態を示す図である。
【００２５】
＜微細貫通孔成形装置＞
まず、図１により微細貫通孔成形品を成形する微細貫通孔成形装置の全体構成について説明する。
【００２６】
図１に示すように、微細貫通孔成形装置１０は、固定された受台１１と、受台１１上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂からなるプリフォーム２０を支持するバックシート１２とを備えている。
【００２７】
受台１１は、温度制御装置１６により、その上面を所望の温度に加熱できるようになっており、バックシート１２を介してプリフォーム２０を加熱できるようになっている。
【００２８】
バックシート１２は、耐熱性を有する（望ましくは溶融温度が２５０℃以上である）とともに弾性変形により振動を吸収する振動吸収性及び貫入圧に抗して接触圧を発生するスプリングバック性を有することが好ましい。またバックシート１２は、プリフォーム２０に対して剥離性に優れているものであることが好ましい。例えば、本実施の形態においては、バックシート１２の上面に、プリフォーム２０に対して剥離性を有するバックシート剥離層１２ａが形成されている。このようなバックシート１２としては、例えばポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のシート、フッ素コーティングされた層やシリコン樹脂コーティングされた層（バックシート剥離層）１２ａを有する耐熱プラスチックのシート等、またはこれらを積層して組合せたもの等を用いることができる。
【００２９】
一方、プリフォーム２０は、微細貫通孔成形品４０を製造するための予備成形品としての役割を果たす。このプリフォーム２０は、図２および図３に示すように、平板部２１と、平板部２１外周に設けられ、平板部２１より厚肉となる周縁フランジ２２とを有している。このうち平板部２１は平面円形状を有し、その厚みは任意であるが、後述する超音波成形型３０の振動幅および超音波成形型３０の上下方向の位置精度から考えて、１０μｍ〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。一方、周縁フランジ２２は、平面円環形状を有し、平板部２１の表面側および裏面側の両方に突出している。周縁フランジ２２の厚みは任意であるが、１００μｍ〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。なお、平板部２１の形状は平面円形状に限られるものではなく、矩形などの多角形状や楕円形状等であっても良い。また、周縁フランジ２２についても平面円環形状に限られるものではなく、矩形などの多角環形状、楕円環形状、またはＣ字形状、または固定用の凹凸溝形状等を有するような複雑形状等であっても良い。
【００３０】
また、プリフォーム２０は、超音波により溶融する性質を有する熱溶融性プラスチックからなっているが、ある程度の剛性および耐熱性を有することが好ましい。この場合、プリフォーム２０の溶融温度は、バックシート１２の溶融温度より５０℃以上低いことが好ましい。仮にプリフォーム２０の溶融温度とバックシート１２の溶融温度とが近い場合、プリフォーム２０の成形時に、バックシート１２が熱変形してしまうからである。このようなプリフォーム２０の材料としては、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、非晶質ポリエチレンテレフタレート（Ａ−ＰＥＴ）、結晶性ポリエチレンテレフタレート、延伸性ポリエチレンテレフタレート、メタクリル酸エステル重合体（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ等を用いることができる。その他、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の熱可塑性プラスチックを適用することもできる。なお、プリフォーム２０の平板部２１と周縁フランジ２２とが互いに同一の材料からなっていても良く、あるいは互いに異なる材料からなっていても良い。
【００３１】
再度図１を参照すると、微細貫通孔成形装置には、バックシート１２内を貫通する吸引部１３が設けられている。この吸引部１３を介して真空吸引することにより、プリフォーム２０をバックシート１２上に固定保持できるようになっている。
【００３２】
さらにバックシート１２の上方には、超音波ホーン型からなる超音波成形型３０が配置されている。超音波成形型３０は、ベース部３３と、ベース部３３に取り付けられ、下方部に多数の突状部３１が形成されたホーンヘッド３２とを有している。さらに超音波成形型３０に温調装置１４が接続されており、温調装置１４により超音波成形型３０の多数の突状部３１を補助的に加熱できるようになっている。超音波成形型３０が超音波振動することによる加熱に加え、このような温調装置１４を補助的に用いることにより、超音波成形型３０の突状部３１を効率よく速やかに成形に適する温度にすることができる。
【００３３】
また、超音波成形型３０に成形型制御装置１５が接続されている。超音波成形型３０は、この成形型制御装置１５により制御され、上下方向に昇降移動するとともに、上下方向に超音波振動する。この成形型制御装置１５による超音波成形型３０の昇降位置精度および超音波振動の振幅精度は、いずれも１μｍオーダーであることが好ましい。
【００３４】
超音波成形型３０は、成形型制御装置１５により制御され、その先端に設けられた突状部３１が上下方向に超音波振動しながら下降し、プリフォーム２０に当接してプリフォーム２０を振動加熱する。この振動加熱のみによって、プリフォーム２０を軟化ないし溶融させて超音波成形型３０によりプリフォーム２０を賦型するのには時間を要する。超音波振動のエネルギーを増加させると、振動の振幅も大きくなるため、形成しようとする貫通孔の位置精度が低下してしまう。本発明においては、上記したように、受台１１が昇温してプリフォーム２０をガラス転移温度ないし軟化温度付近まで加熱できるため、位置精度を保てるような超音波振動エネルギーをプリフォーム２０に付与すれば、容易にプリフォーム２０を賦型できる状態（即ち、プリフォーム２０が軟化ないし溶融した状態）にすることができる。その結果、簡易かつ短時間に、合成樹脂のプリフォーム２０に多数の微細な貫通孔を容易に形成することができる。
【００３５】
受台１１は、プリフォーム２０の温度がガラス転移温度ないし軟化温度付近となるように温度制御されるが、好ましくは、合成樹脂の軟化温度よりも少し低い温度となるように制御される。プリフォーム２０の温度が、合成樹脂の軟化温度以上の温度となると、プリフォーム２０の加熱されている部分全体が軟化し始める。プリフォーム２０の超音波成形型３０の突状部３１が当接する部分以外の部分が軟化すると、精度の高い貫通孔が形成できなくなる場合がある。プリフォーム２０の温度は、軟化温度よりも１〜５０℃、より好ましくは約５〜３０℃低い温度が好適である。
【００３６】
本実施の形態においては、図４に示すように、超音波成形型３０の突状部３１は、特定の突状部形成領域３４内に配置されている。突状部形成領域３４は、後述する微細貫通孔領域４３（図１２）に対応させ、例えば円形形状を有していても良い。他方、受台１１のうち突状部形成領域３４に対応する位置であって、超音波成形型３０の突状部３１がプリフォーム２０と当接する領域に突出領域１１ａが設けられている。この突出領域１１ａは、超音波成形型３０の突状部形成領域３４との間でプリフォーム２０の平板部２１およびバックシート１２を挟持する領域となっている。
【００３７】
このような構成とすることにより、超音波成形型３０の突状部形成領域３４と受台１１の突出領域１１ａとの間で、プリフォーム２０の平板部２１を挟持し、突状部３１によってプリフォーム２０の平板部２１に確実に微細貫通孔４１を形成することができる。また、受台１１からの熱が、プリフォーム２０のうち微細貫通孔４１が形成される領域（即ち、突出領域１１ａの部分に対応する部分）以外の領域に伝達されないようになる。そのため、プリフォーム２０の熱による変形等を最小限に抑えることができる。
【００３８】
受台１１のうち突出領域１１ａの周囲には凹状領域２６が設けられ、プリフォーム２０の周縁フランジ２２は、この凹状領域２６に嵌合するようになっている。凹状領域２６の形状は、周縁フランジ２２の下部を完全に収容できる形状であれば良く、例えば周縁フランジ２２が平面円環形状を有している場合、凹状領域２６も平面円環形状を有していても良い。
【００３９】
さらに、図４に示すように、超音波成形型３０のうち突状部形成領域３４の周囲に凹状領域３５が設けられている。この凹状領域３５は、超音波成形型３０が下方に降下して突状部形成領域３４と突出領域１１ａとの間でプリフォーム２０の平板部２１が挟持されたとき、プリフォーム２０の周縁フランジ２２が嵌合するようになっている。凹状領域３５の形状は、超音波成形型３０が下方に降下したとき周縁フランジ２２の上部を完全に収容できる形状であれば良く、例えば凹状領域２６と同様に平面円環形状を有していても良い。
【００４０】
このような構成とすることにより、超音波成形型３０の突状部形成領域３４と、受台１１の突出領域１１ａとによりプリフォーム２０の平板部２１を挟持し、平板部２１を効率的に溶融ないし軟化させることができる。このことにより、多数の微細貫通孔４１を含む微細貫通孔領域４３を有する平板部２１と、平板部２１外周に設けられ、平板部２１より厚肉となる周縁フランジ２２とを有する微細貫通孔成形品４０（図１２および図１３参照）を容易に製造することができる。また、プリフォーム２０の周縁フランジ２２が、受台１１の凹状領域２６と超音波成形型３０の凹状領域３５とに嵌合するので、周縁フランジ２２が超音波成形型３０や受台１１に干渉することがなく、成形時にプリフォーム２０に変形が生じるおそれもない。
【００４１】
他方、比較例として、超音波成形型３０の突状部３１を用いてシート状の平板部２１に多数の微細貫通孔４１を形成し、その後、微細貫通孔４１が形成された平板部２１に周縁フランジ２２を取り付けることも考えられる。しかしながら、とりわけ平板部２１の厚みが薄い場合、平板部２１の取り扱いが難しく、微細貫通孔４１が形成された平板部２１に対して周縁フランジ２２を正確に取り付けることは困難となる。これに対して、本実施の形態においては、上述した構成により、予め平板部２１と周縁フランジ２２とを有するプリフォーム２０を作製しておき、このプリフォーム２０に正確に対して多数の微細貫通孔４１を形成する。このことにより、多数の微細貫通孔４１を有する平板部２１と、平板部２１周囲に設けられた周縁フランジ２２とを有する微細貫通孔成形品４０を容易に製造することができる。
【００４２】
図１において、成形型制御装置１５により超音波成形型３０を下降させ、超音波振動する突状部３１をプリフォーム２０に当接させて、プリフォーム２０を振動加熱する。これにより突状部３１が当接した部分のプリフォーム２０が軟化ないし溶融する。プリフォーム２０が軟化ないし溶融すると、成形型制御装置１５により、超音波成形型３０がさらに下降して、超音波成形型３０の突状部形成領域３４と受台１１の突出領域１１ａとの間でプリフォーム２０およびバックシート１２を挟持する。この状態で、超音波成形型３０の突状部３１を超音波振動させてプリフォーム２０を振動加熱し、超音波成形型３０の先端に設けられた突状部３１がプリフォーム２０に貫入する。突状部３１の先端が、バックシート１２に達すると、成形型制御装置１５により、超音波成形型３０の超音波振動が停止するとともに、振動エネルギーの付加による加熱も停止し、プリフォーム２０の上面および下面からの熱伝導による冷却に移行する。プリフォーム２０の上面では、ガラス転移点ないし軟化温度以下に温調された突状部３１によりプリフォーム２０が冷却される。また一方プリフォーム２０の下面は、温度制御装置１６により、受台１１を降温してプリフォーム２０を冷却するか、あるいは、温度制御装置１６により受台１１の温度を合成樹脂のガラス転移温度ないし軟化温度以下の温度となるように制御し、プリフォーム２０から受台１１への熱伝導により、プリフォーム２０を所望の温度に冷却する。
【００４３】
上記のようにして冷却されたプリフォーム２０の、超音波成形型３０が接している部分（突状部３１が貫入している部分）の合成樹脂が固化した後、成形型制御装置１５により、超音波成形型３０を上方に移動させて、突状部３１を抜出する。この時、突状部３１がプリフォーム２０に形成された貫通孔から剥離しない場合もあり、超音波成形型３０が上方に移動するのに伴って、超音波成形型３０のホーンヘッド３２下端にある突状部３１とともにプリフォーム２０も上方に持ち上がり、微細な貫通孔を変形させてしまうことがある。本発明においては、超音波成形型３０を再度、超音波振動させることにより、突状部３１の抜出が容易にすることができる。その結果、プリフォーム２０に、より精度の高い貫通孔を形成することができる。
【００４４】
＜超音波成形型＞
次に、図５〜図７により、上述した超音波成形型３０の構成について更に説明する。
【００４５】
図５に示すように、超音波成形型３０は、上方から下方に向けて先細となる形状を有するベース部３３と、ねじ部３２ｂによりこのベース部３３下端に螺着されたホーンヘッド３２とを有している。このうちホーンヘッド３２下端には、円筒形の先端凸部３２ａが形成されている。さらにこの先端凸部３２ａから下方に向けて多数の突状部３１が突設されている。なおホーンヘッド３２は、例えばチタン、アルミニウム、鋼鉄、ステンレス鋼等の金属からなっている。また、突状部３１をこれらの金属上に設けたＮｉメッキ層、Ｃｒメッキ層により構成することもできる。ベース部３３は、上方から下方に向けて徐々に直径が小さくなる円形の水平断面を有している。なお図５において、凹状領域３５については図示を省略している。
【００４６】
次に。図６および図７により、超音波成形型３０の突状部３１の構成について更に説明する。図６および図７に示すように、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、互いに同一形状を有する多数の突状部３１が形成されている。各突状部３１は、それぞれ山形形状を有している。すなわち各突状部３１は、平面円形状の頂部３１ａと、頂部３１ａから周囲に延びる裾部３１ｂとを有している。このうち裾部３１ｂは、頂部３１ａ側からホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ側に向けて徐々に直径が大きくなる円形の水平断面を有している。なお、超音波成形型３０の振幅を小さく設定したい場合には、超音波振動子に合わせて、逆に上方から下方に向けて徐々に直径が小さくなるようにしても良く、あるいは、同径としても良い。さらに、隣接する頂部３１ａの間には谷部３１ｃが形成されている。なお各突状部３１は、抜きテーパーを有する任意の形状であれば良いが、とりわけ各突状部３１先端を鋭角的に形成することが好ましい。各突状部３１先端を鋭角にすることにより、成形の際、プリフォーム２０に最初に接触する部分の面積を小さくすることができる。このことにより、振動エネルギーをプリフォーム２０に伝えやすくし、プリフォーム２０の溶融を開始させやすくすることができる。
【００４７】
図７において、各突状部３１の頂部３１ａの直径ｄ1は、微細貫通孔成形品４０の形状によって任意に定めることができるが、例えば１μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。隣接する頂部３１ａ同士間の距離Ｌ1は、同様に微細貫通孔成形品４０の形状によって任意に定めることができるが、例えば２０μｍ〜１００μｍ程度とすることが好ましい。各突状部３１の高さｈ1も同様に任意に定めることができるが、例えば１０μｍ〜１００μｍ程度とすることが好ましい。
【００４８】
次に、図８および図９により、このような超音波成形型３０を作製する方法、とりわけ超音波成形型３０の複数の突状部３１を形成する方法について説明する。
【００４９】
まず、例えばチタン等からなる未加工のホーンヘッド３２を準備する。次に、この未加工のホーンヘッド３２を超精密切削加工機３６に装着する。ここで超精密切削加工機３６は、図７および図８に示すように、先端にダイヤモンド刃先３８が設けられた切削工具３７を有している。このような超精密切削加工機３６としては、１ｎｍ程度の制御精度を有し、かつ加工後の金型の表面粗さＲａが数ｎｍとすることができるものが好ましい。
【００５０】
次に、超精密切削加工機３６の切削工具３７は、軸Ａ1を中心に時計回りに回転（自転）しながらホーンヘッド３２の先端凸部３２ａに当接する。続いて切削工具３７は、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａのうち、各突状部３１の頂部３１ａとなる部分を中心に時計回りに回転（公転）しながら、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａを切削加工する。この結果、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａに、頂部３１ａと裾部３１ｂとを有する山形形状の突状部３１が形成される。その後、このような作業を突状部３１の個数分繰り返すことにより、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に多数の突状部３１が形成される。
【００５１】
＜微細貫通孔成形品の製造方法＞
次に、図１０（ａ）〜（ｆ）および図１１を参照しながら、上記した微細貫通孔成形装置１０を用いて微細貫通孔成形品４０を製造する方法について説明する。
【００５２】
まず、製造しようとする微細貫通孔成形品４０の３次元形状データに基づき、超精密切削加工機３６を用いてホーンヘッド３２を切削加工し、上記したような方法によって超音波成形型３０を作製する。
【００５３】
続いて、超音波成形型３０を微細貫通孔成形装置１０に装着するとともに、温調装置１４により超音波成形型３０を、通常の室温（２０℃）からプリフォーム２０を構成する合成樹脂のガラス転移点温度ないし軟化温度の付近の温度でかつプリフォーム２０が成形後に硬化して変形しない温度となるように加熱する。
【００５４】
次に、平板部２１と、平板部２１外周に設けられ、平板部２１より厚肉となる周縁フランジ２２とを有する合成樹脂製のプリフォーム２０（図２および図３）を作製する。プリフォーム２０を作製する方法としては、フィルムフープ成形法、射出コンプレッション成形法、超音波溶着法、熱溶着法、および接着材を使用した接着法を挙げることができる。なお、プリフォーム２０を作製する方法については後述する。
【００５５】
次いで、受台１１上にバックシート１２を保持し、このバックシート１２上にプリフォーム２０を載置する。このとき、プリフォーム２０の平板部２１を受台１１の突出領域１１ａに載置し、プリフォーム２０の周縁フランジ２２を凹状領域２６に嵌合させる。また、吸引部１３により真空吸引することにより、プリフォーム２０をバックシート１２上で動かないように固定支持する（図１０（ａ））。
【００５６】
続いて、温度制御装置１６により受台１１を加温して、プリフォーム２０を合成樹脂のガラス転移温度ないし軟化温度付近まで加熱する。
【００５７】
次に、成形型制御装置１５により、バックシート１２上方に予め配置された超音波成形型３０を上下方向に超音波振動させ、さらにこのように超音波振動させた状態で超音波成形型３０をプリフォーム２０に向けて下降させる。なお、この場合、超音波成形型３０の振動数は任意に設定することができるが、２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度に設定することが好ましい。
【００５８】
超音波成形型３０の下降により、各突状部３１がプリフォーム２０の平板部２１に当接する。この際、プリフォーム２０のうち各突状部３１が接触した箇所が超音波振動の振動エネルギーにより振動加熱される。この振動エネルギーによる振動加熱と、受台１１から加えられる熱エネルギーにより、プリフォーム２０を構成する合成樹脂が軟化ないし溶融温度まで達し、その結果、プリフォーム２０のうち突状部３１が当接している部分のみが先行して局所的に軟化ないし溶融する（図１０（ｂ））。
【００５９】
続いて、超音波成形型３０を更に下降させる。この間、超音波成形型３０の各突状部３１は、超音波振動によりプリフォーム２０の平板部２１を加熱しながら、プリフォーム２０中を貫入していく。このとき、超音波成形型３０の突状部形成領域３４と受台１１の突出領域１１ａとの間で、軟化ないし溶融したプリフォーム２０と、バックシート１２が挟持されている。また、超音波成形型３０が下降している間、突状部３１がプリフォーム２０に貫入する際に負荷重がかかるようにしておく。この状態で、超音波成形型３０の突状部３１は超音波振動されて、プリフォーム２０が振動加熱され、突状部３１によりプリフォーム２０の平板部２１が貫通する。このようにして、超音波成形型３０の各突状部３１先端がバックシート１２（バックシート剥離層１２ａ）に当接する。（図１０（ｃ））。なお、プリフォーム２０の平板部２１が貫通したとき、プリフォーム２０の周縁フランジ２２は超音波成形型３０の凹状領域３５に嵌合する。
【００６０】
各突状部３１の先端がバックシート１２に当接したとき、超音波成形型３０の下降を停止させる。この時、負荷重をモニターしておくことにより、バックシート１２に突状部３１が当接したことがわかるため、負荷重のモニタリングにより、超音波成形型３０の下降移動を制御してもよい。その後、各突状部３１先端の振動下端がバックシート１２の表面上に位置するように維持したまま、超音波成形型３０の超音波振動の振幅を徐々に減衰させていき、最終的に停止させる。
【００６１】
このように超音波成形型３０が下降する間、超音波成形型３０は、成形型制御装置１５により制御され、成形時の前段において大きな振幅をもち、成形時の後段において小さな振幅をもつように振動することが好ましい。
【００６２】
具体的には、図１１に示すように、超音波成形型３０は、突状部３１先端がバックシート１２に当接するまで相対的に大きな振幅で振動しながら下降する（図１１の時間Ｔ1）。これに対して、突状部３１先端がバックシート１２に当接した後、超音波成形型３０は、徐々に振幅が小さくなるように減衰振動し、その後停止する（図１１の時間Ｔ2）。なお、超音波成形型３０が減衰振動している間、突状部３１先端の振動下端は、バックシート１２の表面上にくるように維持される（図１１参照）。このように超音波成形型３０の振動を制御することにより、微細貫通孔成形品４０の微細貫通孔４１を高精度で賦形することが可能となる。また、突状部３１の貫入時に超音波成形型３０の振幅を変動させることなく、同一の低振幅（２μｍ〜５μｍ）でプリフォーム２０に貫入し、そのまま先端位置（バックシート１２表面）に到達させ、負荷重をかけ押圧した状態で停止する方法もある。
【００６３】
次に、振動が停止するのと同時に、予め設定温調した超音波成形型３０および受台１１の温度でプリフォーム２０が冷却され、硬化される。更に硬化を確実にするためには温調装置１４が停止し、超音波成形型３０を冷却すると同時に、温度制御装置１６により受台１１を降温してプリフォーム２０が合成樹脂のガラス温度ないし軟化温度以下の温度となるまで冷却する。これにより、局部的に軟化ないし溶融していたプリフォーム２０が固化し、プリフォーム２０の平板部２１に多数の微細貫通孔４１が形成され、プリフォーム２０から多数の微細貫通孔４１を有する微細貫通孔成形品４０が成形される。この場合、図示しない冷却装置を用いることにより、超音波成形型３０およびプリフォーム２０を積極的に冷却しても良い。
【００６４】
次に、成形型制御装置１５により超音波成形型３０を上昇させる。この場合、超音波成形型３０および微細貫通孔成形品４０（プリフォーム２０）は冷却されて寸法がわずかに縮んでいる。この状態で、微細貫通孔成形品４０を超音波成形型３０から離型することができる（図１０（ｄ））。また、微細貫通孔成形品４０（プリフォーム２０）が超音波成形型３０に付着する場合には、まず超音波成形型３０をわずかに上昇させ、そこで再度極短時間超音波成形型３０を振動させることで、微細貫通孔成形品４０を超音波成形型３０から容易に離型することができる。
【００６５】
続いて、吸引部１３による真空吸引を停止し、受台１１からバックシート１２および微細貫通孔成形品４０を取外す（図１０（ｅ））。最後に、バックシート１２から微細貫通孔成形品４０を剥離することにより、微細貫通孔成形品４０が得られる（図１０（ｆ））。なお、受台１１上に保持された状態のバックシート１２から直接微細貫通孔成形品４０を剥離しても良い。このようにして得られた微細貫通孔成形品４０は、以下に説明するように、多数の微細貫通孔４１を含む微細貫通孔領域４３を有する平板部２１と、平板部２１外周に設けられ、平板部２１より厚肉となる周縁フランジ２２とを備えている。
【００６６】
＜微細貫通孔成形品＞
次に、図１２〜図１５により、上記した微細貫通孔成形装置１０により成形された微細貫通孔成形品４０の構成について説明する。図１２は、微細貫通孔成形品を示す平面図であり、図１３は、図１２のXIII−XIII線断面図である。図１４は、微細貫通孔成形品を示す拡大平面図であり、図１５は、図１４のXV−XV線断面図である。
【００６７】
図１２〜図１５に示す微細貫通孔成形品４０は、微細貫通孔成形装置１０を用いてプリフォーム２０（図２および図３）を成形することにより製造されたものである。このような微細貫通孔成形品４０は、例えばフィルター部材、通気性部材、ネブライザーで使用される微粒液滴生成用のメッシュ等、様々な機能を発揮する部材として用いられる。このような微細貫通孔成形品４０を構成する材料としては、上述したような各種の熱溶融性樹脂、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、非晶質ポリエチレンテレフタレート（Ａ−ＰＥＴ）、結晶性ポリエチレンテレフタレート、延伸性ポリエチレンテレフタレート、メタクリル酸エステル重合体（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ等が挙げられる。その他、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の熱可塑性プラスチックを適用することもできる。なお、微細貫通孔成形品４０の平板部２１と周縁フランジ２２とが互いに同一の材料からなっていても良く、あるいは互いに異なる材料からなっていても良い。
【００６８】
図１２および図１３に示すように、微細貫通孔成形品４０は、多数の微細貫通孔４１を含む微細貫通孔領域４３を有する平板部２１と、平板部２１外周に設けられ、平板部２１より厚肉となる周縁フランジ２２とを備えている。平板部２１は上述したプリフォーム２０の平板部２１に対応しており、平面円形状を有している。また、周縁フランジ２２は上述したプリフォーム２０の周縁フランジ２２に対応しており、平面円環形状を有している。なお、平板部２１および周縁フランジ２２の形状がこれに限られないことは、上述したとおりである。
【００６９】
また、微細貫通孔領域４３は、平板部２１より小さい平面円形状を有し、この微細貫通孔領域４３内に多数の微細貫通孔４１が等間隔に形成されている。なお、図１２において、一点鎖線で囲まれた領域が微細貫通孔領域４３に対応する。また、平板部２１のうち微細貫通孔領域４３の外側には、微細貫通孔４１が形成されていない平坦領域４４が設けられている。
【００７０】
次に、図１４および図１５により、微細貫通孔成形品４０のうち微細貫通孔領域４３内部の構成について更に説明する。図１４および図１５に示すように、微細貫通孔成形品４０は、成形品本体部４２と、微細貫通孔領域４３の全体にわたって形成された複数の微細貫通孔４１を有している。各微細貫通孔４１は、それぞれ超音波成形型３０の各突状部３１によって賦形されたものであり、したがって、各突状部３１の形状に対応する形状を有している。各微細貫通孔４１は、成形品本体部４２の一面４２ａに設けられた円形開口４１ａと、円形開口４１ａから成形品本体部４２の他面の円形開口４２ｂ側に向けて延びる斜面部４１ｂとを有している。斜面部４１ｂは、直線や曲線としてよいが、特に、後記するようなミスト形成用フィルターとして微細貫通孔成形品４０を使用する場合には、斜面部４１ｂが放物線となるようなコニーデ形状の貫通孔とすることが好ましい。また、符号４０ａは、円形開口４１ａ周縁に形成された孔周縁部であり、符号４０ｂは、互いに隣接する微細貫通孔４１同士の間に形成された接続部であり、符号４０ｃは、微細貫通孔４１の周囲に形成された肉厚部である。
【００７１】
斜面部４１ｂが放物線となるようなコニーデ形状の貫通孔では、図１５に示すように、微細貫通孔成形品４０の表裏において貫通孔の直径が異なる。例えば、各微細貫通孔４１の円形開口４１ａの直径ｄ2は、例えば１μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。また、円形開口４２ｂの直径ｄ3は、例えば２０μｍ〜８０μｍ程度とすることが好ましい。貫通孔４１の数は、微細貫通孔成形品４０の単位面積あたり、２００〜１０００個／ｍｍ２程度であることが好ましく、各貫通孔４１が上記のような数となるには、隣接する円形開口４１ａ同士間の距離Ｌ2は、例えば３２μｍ〜７０μｍ程度とすることが好ましい。さらに微細貫通孔成形品４０の厚さｔ2は、例えば１０μｍ〜１００μｍ程度とすることが好ましい。
【００７２】
上記したような微細貫通孔成形品４０は、ネブライザー等のミスト発生装置のミスト形成用フィルターとして好適に使用できる。例えば、図１６に示すように、ミスト発生装置５０の超音波振動子５１とミスト発生口５２との間に、微細貫通孔成形品４０（ミスト形成用フィルター５４）を配置する。超音波振動子５１上に供給された液体５３は、超音波振動子５１からの振動エネルギーにより粒状の液滴５３ａが形成されるが、ミスト形成用フィルター５４の貫通孔を液滴が通過してミスト発生口５２へ放出されることにより、所望の粒径を有する液滴５３ａを形成することができる。上記のような表裏で直径の異なる貫通孔が設けられた微細貫通孔成形品４０の貫通孔の直径の大きい側が超音波振動子５１側となるように微細貫通孔成形品４０を配置することにより、液滴５３ａの粒径が１〜１０μｍ程度のミストを形成することができる。
【００７３】
＜プリフォームの製造方法＞
次に、上述したプリフォーム２０の製造方法について、図１７〜図１９を用いて説明する。図１７〜図１９は、それぞれフィルムフープ成形法、射出コンプレッション成形法、ならびに、超音波溶着法、熱溶着法または接着材を使用した接着法によりプリフォーム２０を製造する方法を示す図である。
【００７４】
図１７（ａ）〜（ｃ）は、フィルムフープ成形法によりプリフォーム２０を製造する方法を示す図である。図１７（ａ）に示すように、まず平板部２１に対応するフィルム２１ａを準備する。この場合、フィルム２１ａは、１枚のフィルム２１ａから複数のプリフォーム２０を作製できるよう長尺状のものが用いられる。次に、図１７（ｂ）に示すように、図示しない金型を用いてフィルム２１ａに周縁フランジ２２を形成する。この際、フィルム２１ａのうち各平板部２１に対応する部分の周囲を取り囲むように、それぞれ周縁フランジ２２を設ける。その後、図１７（ｃ）に示すように、フィルム２１ａを周縁フランジ２２毎に切断することにより、プリフォーム２０が得られる。
【００７５】
図１８は、射出コンプレッション成形法によりプリフォーム２０を製造する方法を示す図である。図１８に示すように、まず一対の金型７６、７７内にプリフォーム２０の材料となる樹脂を高速射出成形し、冷却固化する前にこの樹脂を金型７６、７７内で加圧することにより、薄い平板部２１を有するプリフォーム２０を得ることができる。
【００７６】
図１９（ａ）〜（ｂ）は、超音波溶着法、熱溶着法または接着材を使用した接着法によりプリフォーム２０を製造する方法を示す図である。図１９（ａ）に示すように、まず例えば射出成形法などの方法により円環状の周縁フランジ２２を作製するとともに、樹脂フィルムから円形の平板部２１を作製する。次に、図１９（ｂ）に示すように、周縁フランジ２２内に平板部２１を嵌め込んで平板部２１の周縁を熱溶着または超音波溶着し、平板部２１を周縁フランジ２２に取り付けることにより、プリフォーム２０を得る。
【符号の説明】
【００７７】
１０        微細貫通孔成形装置
１１        受台
１１ａ      突出領域
１２        バックシート
１２ａ      バックシート剥離層
１３        吸引部
１４        温調装置
１５        成形型制御装置
１６        温度制御装置
２０        プリフォーム
２１        平板部
２２        周縁フランジ
２６        凹状領域
３０        超音波成形型
３１        突状部
３２        ホーンヘッド
３３        ベース部
３４        突状部形成領域
３５        凹状領域
４０        微細貫通孔成形品
４１        微細貫通孔
４２        成形品本体部
４３        微細貫通孔領域
４４        平坦領域
５０        ミスト発生装置
５１        超音波振動子
５２        ミスト発生口
５３        液体
５４        ミスト形成用フィルター
【図１】
0005885063.tif 000002
【図２】
0005885063.tif 000003
【図３】
0005885063.tif 000004
【図４】
0005885063.tif 000005
【図５】
0005885063.tif 000006
【図６】
0005885063.tif 000007
【図７】
0005885063.tif 000008
【図８】
0005885063.tif 000009
【図９】
0005885063.tif 000010
【図１０】
0005885063.tif 000011
【図１１】
0005885063.tif 000012
【図１２】
0005885063.tif 000013
【図１３】
0005885063.tif 000014
【図１４】
0005885063.tif 000015
【図１５】
0005885063.tif 000016
【図１６】
0005885063.tif 000017
【図１７】
0005885063.tif 000018
【図１８】
0005885063.tif 000019
【図１９】
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