(57)【要約】【課題】金属製で、例えば複雑な立体形状を有し、しかも１００μｍ程度以下であっても、容易かつ簡易に製作できるようにしたマイクロ部品及びその製造方法を提供する。【解決手段】１種類以上の金属から構成された金属核と該金属核に直接結合された有機化合物からなる有機化合物殻構造を持ち、金属核部分の大きさが０．５〜１００ｎｍである複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストを母型に保持し乾燥し成形された前駆成形体を焼成して任意の立体に成形したことを特徴とする。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種類以上の金属から構成された金属核と該金属核に直接結合された有機化合物からなる有機化合物殻構造を持ち、金属核部分の大きさが０．５〜１００ｎｍである複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストを母型に保持し乾燥し成形された前駆成形体を焼成して任意の立体に成形したことを特徴とするマイクロ部品。
【請求項２】
前記任意の立体形状は、中空または末広がり構造を持つことを特徴とする請求項１記載のマイクロ部品。
【請求項３】
前記複合型金属ナノ粒子の殻構造を形成する有機化合物が脂肪酸及び／または高級アルコールであることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ部品。
【請求項４】
前記複合型金属ナノ粒子の金属成分が、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕのうち１以上であることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ部品。
【請求項５】
前記複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストに、０．１ミクロン以上の大きさを持つ金属粉末、有機化合物粉末、またはセラミック粉末からなる骨材を単独もしくは組合せて添加することにより、複合型金属ナノ粒子由来の金属中に均一に骨材が分散された構造を持つことを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ部品。
【請求項６】
１種類以上の金属から構成された金属核と該金属核に直接結合された有機化合物からなる有機化合物殻構造を持ち、金属核部分の大きさが０．５〜１００ｎｍである複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストを母型に保持し乾燥し成形された前駆成形体を焼成して任意の立体に成形したことを特徴とするマイクロ部品製造方法。
【請求項７】
前記母型が光造形法によって作成されたプラスチック製マイクロ部品であることを特徴とする請求項６記載のマイクロ部品製造方法。
【請求項８】
前記マイクロ部品を母型とし、他のマイクロ部品を製造することを特徴とする請求項６記載のマイクロ部品製造方法。
【請求項９】
熱分解性の母型を用い、前記複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストを母型に保持し乾燥し成形された前駆成形体を焼成しマイクロ部品を作成した後、母型を加熱分解することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のマイクロ部品製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば３次元の複雑な形状を有し、各種マイクロマシン（マイクロアクチュエータ、マイクロポンプ、マイクロセンサー等）用や金型用として使用されるマイクロ部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高性能マイクロマシンの実現のため、超微細な機構や部品の製造技術の開発が注目を集めている。また、少量多品種生産や、加工形状の複雑化に対する要求も高くなってきている。このため、コンピュータ上で生成される３次元ＣＡＤデータを立体形状の創成に直接用い、光硬化性樹脂とレーザビームの走査により任意の複雑な３次元形状を創成するようにした光造形法が注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光造形法では、光硬化性樹脂で部品を作製するようにしているため、金属製のマイクロ部品を作製することができない。なお、小型金属部品を加工する方法としては、切削法、電鋳法、無電解めっき法やスパッタ成膜法等が広く知られている。しかし、切削法では使用する工具等で機械的限界があるため、１００μｍ以下の小さい部品や、末広がり型部品、中空部品の製作は一般に困難である。また、電鋳法、無電解めっき法やスパッタ成膜法では、母型に沿った異方性金属成長によって部品を製作していくため、末広がり型や極端な不連続部を持つ複雑な形状の部品、或いは中空に近い部品を作製することは一般に困難である。更に、電鋳法では、母型に伝導性処理を施すことが不可欠で、無電解めっき法では、触媒や還元剤を使用するため、工程の複雑化や環境への負荷が大きいという問題がある。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、金属製で、例えば複雑な立体形状を有し、しかも１００μｍ程度以下であっても、容易かつ簡易に製作できるようにしたマイクロ部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、１種類以上の金属から構成された金属核と該金属核に直接結合された有機化合物からなる有機化合物殻構造を持ち、金属核部分の大きさが０．５〜１００ｎｍである複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストを母型に保持し乾燥し成形された前駆成形体を焼成して任意の立体に成形したことを特徴とするマイクロ部品である。
【０００６】
一般に、直径の小さな粒子同士を互いに接触させて一定の温度以上に加熱すると、粒子同士が互いに結合を強め、最終的に全体が一体化する焼結現象を生じることが知られている（例えば、作井誠太編「１００万人の金属学」（１９８９．９アグネ）Ｐ．２７２〜２７７参照）。このような焼結現象は、互いに接触する粒子の直径が小さくなるほど、単位体積の系内での接触点の数が増すと共に、焼結開始温度が低くなる性質を持つので、粒子直径が小さいほど焼結が起こりやすくなる。
【０００７】
図１（ａ）は、小さな粒子２０ａ，２０ｂとの間で焼結による結合が起きる過程を、図１（ｂ）は、小さな粒子２０と大型の物体２２との間で焼結による結合が起きる過程を模式的に示す（例えば、作井誠太編「１００万人の金属学」（１９８９．９アグネ）Ｐ．２７２〜２７７参照）。即ち、図１（ａ）及び図１（ｂ）において、仮想線は焼結前の形態を、実線は焼結後の形態をそれぞれ示している。焼結現象の研究によって、小さい粒子の表面や内部で夫々を構成する原子が熱活性化によって拡散・移動を起こし、これが徐々に接触部に移動することによって結合が進むことが実証されている。
【０００８】
この原子の拡散を生ずる原動力は、物質の表面張力であって、これは、２つの物体が小面積で接触している部分の周囲の凹んだ面に特に強く働き、接触点へ原子を引張り込む傾向が強くなる。表面張力は、表面エネルギによって生じるが、この表面エネルギは、粉粒体の表面に貯えられており、更に系内の表面エネルギの総和は、粒子の表面積の総和に比例するので、粒子の直径が小さいほど表面エネルギ量が大きくなり、焼結が起こりやすくなる（例えば、作井誠太編「１００万人の金属学」（１９８９．９アグネ）Ｐ．２７２〜２７７参照）。
【０００９】
本発明による複合型金属ナノ粒子の金属核の平均直径は、０．５〜１００ｎｍ、好ましくは１〜２０ｎｍ、更に好ましくは１〜５ｎｍである。この金属核の平均直径の最小値は、製造が可能な限り特に限定されないが、一般的には０．５ｎｍ程度、または１．０ｎｍ程度である。表１は、直径が５０ｎｍ程度以下の金属超微粒子（Ｆｅ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ）が焼結を開始する温度を示す（例えば、一ノ瀬昇、尾崎義治、賀集誠一郎、「超微粒子技術入門」（１９８８．７オーム社）Ｐ．２６〜２９参照）。
【表１】
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【００１０】
表１に示すように、例えば直径２０ｎｍの銀粒子を用いれば、焼結は、６０〜８０℃と常温に極めて近い温度で起きる（低温焼結）。これが本発明によるマイクロ部品製作の原理・機構の本質をなしている。つまり、複合型金属ナノ粒子を低温焼成させると、複合型金属ナノ粒子の保護層（有機化合物）が離脱し、同時に金属核同士が融着・焼結して、バルクの金属が形成され、これによって、金属製で、例えば複雑な立体形状を有し、しかも１００μｍ程度以下であっても、立体形状のマイクロ部品の製作が可能となる。つまり、光造形法では光硬化性樹脂のマイクロ部品の製作に限定されるが、本発明では金属製のマイクロ部品の加工が可能になる。
【００１１】
本発明による複合型金属ナノ粒子は、小さな金属核の周囲を、有機化合物によって結合・被覆した構造を有しており、これをマイクロ部品の原料として利用する。このような複合型金属ナノ粒子は、例えば金属塩と有機化合物を加熱還元することによって容易かつ安価に製造することができる。このように、金属核の周囲を有機化合物で結合・被覆した状態の複合型金属ナノ粒子は、単なる金属粒子同士の場合と異なり、これを一定量集合しておいても、相互に凝集・粗大化してしまうという不具合を回避することができるという大きな利点を持っている。
【００１２】
前述のように、粒子は、その大きさが小さいほど容易に焼結を起こすことができるので、相互に凝集を生じることなく、均一な分散状態を保持することが極めて重要かつ不可欠な特性となる。金属核の周囲を有機化合物で結合・被覆した状態の複合型金属ナノ粒子ならば、これを、適当な溶媒等に溶解した場合でも凝集・粗大化を起こすことなく、マイクロ部品の材料として有効に使用できるという優れた機能を持っている。
【００１３】
本発明にあっては、常温に近い極めて低い温度の加熱による焼成でマイクロ部品を作製することができ、しかも一旦作製されたマイクロ部品を再溶融するためには、その金属のバルク状態の融点まで昇温・加熱することが必要となる。例えば、銀粒子を用いてマイクロ部品を作製した場合、マイクロ部品は、少なくとも９６０℃以上に加熱しないと溶融しない。これによって、耐熱性に優れたマイクロ部品となすことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記任意の立体形状は、中空または末広がり構造を持つことを特徴とする請求項１記載のマイクロ部品である。これらの部品は、例えば各種マイクロマシン（マイクロアクチュエータ、マクロポンプ、マイクロセンサー等）用の部品として有用である。
前記複合型金属ナノ粒子は、金属塩とアルコール系有機化合物とを混合して加熱合成した後、これに還元剤を加えて加熱還元することによって生成することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記複合型金属ナノ粒子の殻構造を形成する有機化合物が脂肪酸及び／または高級アルコールであることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ部品である。
請求項４に記載の発明は、前記複合型金属ナノ粒子の金属成分が、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕのうち１以上であることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ部品である。
請求項５に記載の発明は、前記複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストに、０．１ミクロン以上の大きさを持つ金属粉末、有機化合物粉末、またはセラミック粉末からなる骨材を単独もしくは組合せて添加することにより、複合型金属ナノ粒子由来の金属中に均一に骨材が分散された構造を持つことを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ部品である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、１種類以上の金属から構成された金属核と該金属核に直接結合された有機化合物からなる有機化合物殻構造を持ち、金属核部分の大きさが０．５〜１００ｎｍである複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストを母型に保持し乾燥し成形された前駆成形体を焼成して任意の立体に成形したことを特徴とするマイクロ部品製造方法である。
【００１７】
溶液化またはペースト化に用いる溶剤としては、例えばトルエン、ターピネオール、テレビン油などが用いられる。始めに、母型を用いて前駆成形体を作成する。そののち、複合型金属ナノ粒子の保護層（有機化合物）が分解・脱離する温度、例えば２００〜５００℃で、電気炉などで数分〜最長数時間、複合型金属ナノ粒子を含む前駆成形体を焼成し、同時に金属核同士を融着・焼結することで、バルクの金属が形成されるため、金属製の立体部品の製作が可能となる。この後、公知の方法で母型を剥離すれば、立体形状のマイクロ部品が完成する。製作する立体部品（マイクロ部品）が大きい場合は、例えば金属粉を添加したペーストを使用して立体部品を製作することで、有機化合物の分解による体積収縮を小さくすることができる。
【００１８】
複合型金属ナノ粒子を含む溶液またはペーストを母型に保持成形させる方法としては、予め公知の方法で製作した母型に溶液またはペーストを塗布したり、充填したりする方法、更には、複合型金属ナノ粒子を含む溶液またはペースト中に母型を浸漬させる方法が挙げられる。溶液またはペーストを母型に塗布する場合は、母型の内周面への塗布、あるいは外周面への塗布の両方が可能であり、目的形状によってどちらかを選択すれば良い。この方法を用いることで、従来の切削法では作製が困難であると考えられる１００μｍ以下の大きさの立体形状マイクロ部品の製作が可能となる。更に、電鋳法、無電解めっき法、スパッタ成膜法では製作が困難な末広がり形状の部品、著しい不連続部を持つ複雑な形状の部品を容易に製作することができる。また、溶液またはペーストの粘度を変えたり、溶液またはペーストの塗布・焼成の回数を変えたりすることで、マイクロ部品の肉厚を変化させることができる。更に、母型に溶液またはペーストを直接塗布した後に焼成することでマイクロ部品が形成できるため、電鋳法で必要不可欠な伝導性付与工程や、無電解めっき法で必要不可欠な触媒や還元剤が不要となる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記母型が光造形法によって作成されたプラスチック製マイクロ部品であることを特徴とする請求項６記載のマイクロ部品製造方法である。
請求項８に記載の発明は、前記マイクロ部品を母型とし、他のマイクロ部品を製造することを特徴とする請求項６記載のマイクロ部品製造方法である。この方法で一旦作製されたマイクロ部品が再溶融するためには、材料金属のバルク状態の融点まで昇温・加熱することが必要となる。このため、低温焼結で作製できるマイクロ部品の母型として使用できる。
請求項９に記載の発明は、熱分解性の母型を用い、前記複合型金属ナノ粒子を含む溶液もしくはペーストを母型に保持し乾燥し成形された前駆成形体を焼成しマイクロ部品を作成した後、母型を加熱分解することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のマイクロ部品製造方法である。
【００２０】
例えば、複合型金属ナノ粒子を含む溶液またはペーストの焼成温度より高温で気化あるいは溶融する材料で母型を形成しておき、前駆成形体の焼成（すなわちマイクロ部品形成）後、母型を気化、あるいは溶融温度まで温度を上げることで、母型を気化・焼失させて消失させるようにすることができる。この方法によって、今まで母型の剥離が困難であった中空形状の部品や、中空球状の部品を容易に製作することができる。なお、母型の消失は、化学的薬剤や溶媒による分解、溶解によって行うようにしても良い。この母型の材質としては、例えば、樹脂やワックス等が挙げられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
先ず、図２に示すように、実質的に金属成分からなる金属核３０と、Ｃ，Ｈ及び／またはＯを主成分とする有機化合物からなる結合・被覆層（有機化合物層）３２とからなる構造を持つ複合型金属ナノ粒子３４を作製する。このような複合型金属ナノ粒子３４は、金属核３０が有機化合物からなる結合・被覆層３２により覆われているので安定であり、しかも溶媒中において凝集する傾向が小さい。
【００２２】
この複合型金属ナノ粒子３４は、有機化合物と出発物質である金属塩、例えば炭酸塩、蟻酸塩または酢酸塩由来の金属成分から構成されており、その中心部が金属成分からなり、その周りを結合性有機化合物が取り囲んでいる。この時、有機化合物と金属成分とは、その一部または全部が化学的に結合した状態で一体化して存在しており、界面活性剤によりコーティングされることにより安定化された従来のナノ粒子と異なり、安定性が高いとともに、より高い金属濃度においても安定である。
【００２３】
複合型金属ナノ粒子３４の金属核３０の平均直径ｄは、１００ｎｍ程度以下、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは５ｎｍ以下とする。また、結合・被覆層３２の高さｈは、例えば１．５ｎｍ程度である。この金属核３０の平均直径ｄの最小値は、可能な限り特に限定されないが、一般的には０．５ｎｍ程度、または１．０ｎｍ程度である。このように構成することにより、金属核３０を構成する金属粒子は前述の低温焼結を起こすことが可能となる。
【００２４】
この複合型金属ナノ粒子３４は、例えば非水系溶媒中でかつ結合性有機化合物の存在下で金属塩、例えば炭酸塩、蟻酸塩または酢酸塩をその分解還元温度以上でかつ結合性有機化合物の分解温度以下で加熱することによって製造することができる。金属成分としては、例えばＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＮＩ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｖ，Ｃｒ及びＢｉの少なくとも１種が用いられる。結合性の有機化合物としては、例えば炭素数８以上の直鎖アルコール、または炭素数８以上の直鎖脂肪酸が用いられる。
【００２５】
加熱温度は、金属塩、例えば炭酸塩、蟻酸塩または酢酸塩の分解還元温度以上でかつ結合性有機化合物の分解温度以下である、例えば酢酸銀の場合、分解開始温度が２００℃であるので、２００℃以上かつ上記の結合性有機化合物が分解しない温度に保持すればよい。この場合、結合性有機化合物が分解しにくいようにするために、加熱雰囲気は、不活性ガス雰囲気であることが好ましいが、非水溶剤の選択により、大気下においても加熱可能である。
【００２６】
加熱が終了した後、公知の精製法により精製を行う。精製法は例えば遠心分離、膜精製、溶媒抽出等により行えば良い。
【００２７】
そして、複合型金属ナノ粒子３４をトルエン、タービネオール、テレビン油等の所定の有機溶媒に分散させた溶液またはペースト状の原料を用意する。金属核３０の表面を有機化合物からなる結合・被覆層（有機化合物層）３２で結合・被覆した構造を持つ複合型金属ナノ粒子３４は、この有機化合物層３２に金属核３０を保護する保護皮膜としての役割を果たさせることで、溶媒中に安定して分散し、しかも粒子としての高い性状安定性を有する。従って、低温で焼結・溶融結合可能な結合素材（複合型金属ナノ粒子３４）を均一に分散させた原料を得ることができる。このように、複合型金属ナノ粒子が均一に分散された原料を、下記のように、母型の幅数μｍの凹部内にも均一に供給することで、１００μｍ以下の立体形状マイクロ部品の製造が可能になる。
【００２８】
ここで、複合型金属ナノ粒子３４を、金属部分の全液体に対する重量比率が好ましくは１％以上、８５％以下となるように有機溶媒に分散させ、これに分散剤やゲル化剤を適宜添加して液状化することで、低温で焼結・溶融結合可能な接合素材（複合型金属ナノ粒子３４）を均一に分散させた所望の加熱時の流動性を有する液状の原料を得ることができる。複合型金属ナノ粒子３４の金属部分の全液体に対する重量比率が８５％を超えると、液状の原料としての流動性が著しく低下するので、母型の凹部等に充填するに際し、充填の不完全な部分を生じやすくなる。
【００２９】
更に、複合型金属ナノ粒子３４の金属部分の全液体に対する重量比率が１％以下では、原料に含まれる有機成分が多過ぎる結果、焼成時の脱ガスが不十分となって、焼結部品（マイクロ部品）に欠陥を生じやすい。
【００３０】
複合型金属ナノ粒子３４を、金属部分の全流動体に対する重量比率が好ましくは１５〜９０％となるように有機溶媒に分散させ、これに分散剤やゲル化剤を適宜添加して液状化し、ペースト状に調整することで、低温で焼結・溶融結合可能な接合素材（複合型金属ナノ粒子３４）を均一に分散させた、所望の流動性を有するペースト状の原料を得ることができる。
【００３１】
この時、必要に応じて、０．１μｍ程度の大きさの、例えば金属粉末、プラスチック粉末、金属・プラスチック以外の無機物粉末等のうち単独で、もしくはこれらを組合せた骨材を添加して、原料中に均一に分散させてもよい。このように、骨材を添加することで、複合型金属ナノ粒子単独の場合と異なり、各種の特性を加えることができる。
【００３２】
この骨材としては、例えばＡｌ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ａｕ，ＡｇまたはＰｄからなる金属粉末を使用することができる。このように、金属粉末を骨材として添加することで、例えばマイクロ部品が大きい場合に、有機化合物の分解による体積収縮を小さくすることもできる。
【００３３】
次に、前述の複合型金属ナノ粒子３４を所定の有機溶媒に分散させた溶液またはペースト状の原料を使用して、立体形状のマイクロ部品を作製する例を説明する。
【００３４】
このマイクロ部品の製作は、予め公知の方法で製作した母型に、複合型金属ナノ粒子を含む液体またはペーストからなる原料を保持し、乾燥成形させる第１工程と、この原料を保持させた母型を、複合型金属ナノ粒子３４の結合・被覆層（有機化合物層）３２が分解・脱離する温度、例えば２００〜５００℃で、電気炉などで数分〜最長数時間加熱して原料を焼成する第２工程と、公知の方法で母型を剥離除去するか、または消失させる第３工程で実施される。
【００３５】
複合型金属ナノ粒子を含む溶液またはペーストを母型に保持させる方法としては、予め公知の方法で製作した母型に溶液またはペーストを塗布したり、充填したりする方法、更には、複合型金属ナノ粒子を含む溶液またはペースト中に母型を浸漬させる方法が挙げられる。
【００３６】
図３は、マイクロ部品の製作の一例を示す。先ず、図３（ａ）に示すように、所定の形状のキャビティ４０を有する一対の母型４２，４２を閉じる。そして、図３（ｂ）に示すように、この母型４２，４２で区画形成されたキャビティ４０の内部に、複合型金属ナノ粒子を含む液体またはペーストからなる原料４４を充填して保持させ、その後乾燥させて、前駆成形体を形成させる（第１工程）。
【００３７】
この状態で、原料４４を保持した母型４２，４２全体を、原料４４に含まれる複合型金属ナノ粒子３４の結合・被覆層（有機化合物層）３２が分解・脱離する温度、例えば２００〜５００℃で、電気炉などで数分〜最長数時間加熱して原料４４を焼成する（第２工程）。つまり、原料４４に含まれるトルエン等の溶媒を蒸発させ、更に原料４４の主成分である複合型金属ナノ粒子３４を、この結合・被覆層（有機化合物層）３２を金属核（銀超微粒子）３０から離脱させる温度への加熱、或いは結合・被覆層３２自体の分解温度以上への加熱によって、金属核３０から結合・被覆層３２を離脱させるか、或いは結合・被覆層３２を分解して蒸散させる。これにより、金属核３０同士を直接接触させ焼結させて、バルクの金属からなる金属層を形成する。
【００３８】
次に、図３（ｃ）に示すように、公知の方法で母型４２，４２を剥離、除去することで、母型４２，４２のキャビティ４０に沿った所望の形状、例えば末広がり形状を有し、バルクの金属からなる中実のマイクロ部品４６を作製する。
なお、第２工程で原料を焼成する場合は、有機化合物が離脱しやすいよう、若干の酸素雰囲気で行うことが望ましい。
【００３９】
図４は、マイクロ部品の製作の他の例を示す。この例は、一対の母型４２ａ，４２ａの内周面に、複合型金属ナノ粒子を含む液体またはペーストからなる原料４４ａを塗布して保持させ、この原料４４ａを乾燥させ、前駆成形体を形成した後に焼成し、これによって、中空で末広がり形状の、バルクの金属からなるマイクロ部品４６ａを作製するようにしたものである。
この場合、原料４４ａとなる液体またはペーストの粘度を変えたり、塗布・焼成の回数を変えたりすることで、マイクロ部品４６ａの肉厚を変化させることができる。
【００４０】
上記の各例によれば、従来の切削法では作製が困難であると考えられる１００μｍ以下の大きさの立体形状マイクロ部品の製作が可能となる。更に、電鋳法、無電解めっき法、スパッタ成膜法では製作が困難な末広がり形状の中実または中空部品、著しい不連続部を持つ複雑な形状の中実または中空部品を容易に製作することができる。更に、母型に溶液またはペーストを直接塗布した後に焼成することでマイクロ部品が形成できるため、電鋳法で必要不可欠な伝導性付与工程や、無電解めっき法で必要不可欠な触媒や還元剤が不要となる。
【００４１】
図５は、マイクロ部品の製作の更に他の例を示す。この例は、例えば樹脂やワックスからなり、焼成温度よりも高く、かつ焼成後のバルクの金属の溶融温度よりも低い温度で気化または溶融する材料で、例えば球形の母型４２ｂを作製する。そして、この母型４２ｂの外周面に、複合型金属ナノ粒子を含む液体またはペーストからなる原料４４ｂを塗布して保持させ、この原料４４ｂを乾燥させ、前駆成形体を形成した後に焼成する。この焼成後、この焼成温度よりも高く、かつ焼成後のバルクの金属の溶融温度より低い、母型４２ｂの気化または溶融温度まで温度を上げることで、母型４２ｂを気化または溶融させ、この気化した気体または溶融した液体をマイクロ部品４６ｂに設けた貫通孔４８から外部に排出して、母型４２ｂを消失させ、これによって、中空球状の、バルクの金属からなるマイクロ部品４６ｂを作製するようにしたものである。
この例によれば、今まで母型の剥離が困難であった中空形状の部品や、中空球状の部品を容易に製作することができる。なお、母型の消失は、化学的薬剤や溶媒による分解、溶解によって行うようにしても良い。
【００４２】
（実施例１）
ラウリルアルコール保護型の銀ナノ粒子を含む溶液またはペーストからなる原料を用いて、図３に示す立体形状マイクロ部品を作製した。すなわち、ＬＩＧＡプロセス等の公知の技術で作製した母型４２，４２に、テレビン油を溶剤として作製した複合型ナノ粒子を含む溶液またはペースト（１０ｇ／１００ｍｌ）からなる原料４４を充填し、８０℃で３時間乾燥した後、２４０℃で２時間焼成した。そして、焼成後、公知の方法で母型４２，４２を剥離除去し、立体形状マイクロ部品４６を作製した。この部品４６は、マイクロマシン用の金属部品として有用である。
【００４３】
（実施例２）
ステアリルアルコール保護型の銅ナノ粒子を含み、０．１μｍのＡｌ粉末を添加した原料を用いて、図４に示す立体形状マイクロ部品を作製した。すなわち、公知の技術で作製した母型４２ａ，４２ａの内周面に、ターピネオールを溶剤として作製した複合型ナノ粒子を含む溶液またはペースト（２０ｇ／１００ｍｌ）からなる原料４４ａを塗布し、８０℃で３時間乾燥した後、２６０℃で１．５時間焼成した。そして、焼成後、公知の方法で母型４２ａ，４２ａを剥離除去し、末広がり形の立体形状マイクロ部品４６ａを作製した。この部品４６ａは、マイクロマシン用の金属部品として有用である。
【００４４】
（実施例３）
ステアリル酸保護型の銀ナノ粒子ペーストを含み、骨材を添加した溶液またはペーストからなる原料を用いて、図５に示す立体形状マイクロ部品を作製した。
すなわち、高温溶融・除去タイプの母型４２ｂの外周面に、ターピネオールを溶剤として作製した複合型ナノ粒子を含む溶液またはペースト（２０ｇ／１００ｍｌ）からなる原料４４ｂを塗布し、８０℃で３時間乾燥した後、２６０℃で２時間焼成した。さらに、３５０℃で２時間焼成し、母型４２ｂを消失させ、中空の立体形状マイクロ部品４６ｂを作製した。この部品４６ｂは、マイクロマシン用の金属部品として有用である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複合型金属ナノ粒子を用い、１００μｍ以下の金属製の立体形状マイクロ部品を提供することができる。しかも、従来の方法では困難な、中空、あるいは末広がり形の立体形状マイクロ部品も提供することが可能であり、さらに、製造工程で触媒を使用しないので化学物質の使用量を低減でき、環境負荷も小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼結による小粒子の結合の状態を示す図である。
【図２】本発明に使用される複合型金属ナノ粒子の外観図である。
【図３】本発明の実施の形態のマイクロ部品の製作工程を工程順に示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態のマイクロ部品の製作工程を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の更に他の実施の形態のマイクロ部品の製作工程を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
３０　金属核
３２　有機化合物層
３４　複合型金属ナノ粒子
４０　キャビティ
４２，４２ａ，４２ｂ　母型
４４，４４ａ，４４ｂ　原料
４６，４６ａ，４６ｂ　マイクロ部品
【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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