(57)【要約】【課題】簡便に、しかも低コストで、熱可塑性材料上に微小立体構造物を作製できるレーザー照射による微小立体構造物の作製方法及びその微小立体構造物を提供する。【解決手段】熱可塑性材料１上にレーザーを透過する液体２を配置し、この液体２を通してレーザー３を連続的に熱可塑性材料１に照射することによって、レーザー照射部分の熱可塑性材料１を流動化させてレーザー３の光軸方向に成長させ、熱可塑性材料の突起状構造物１Ｄを作製する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料上にレーザーを透過する液体を配置し、該液体を通してレーザーを連続的に前記熱可塑性材料に照射することによって、前記レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させて前記レーザーの光軸方向に成長させ、前記熱可塑性材料の突起状構造物を作製することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項２】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記熱可塑性材料の面に対する前記レーザー照射角度を変えて前記突起状構造物の傾斜を制御することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項３】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記熱可塑性材料の面を前記レーザーの照射方向に対して傾斜させることにより、相対的に前記レーザー照射角度を変えて前記突起状構造物の傾斜を制御することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項４】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記熱可塑性材料上の液体の高さを変えることにより、前記突起状構造物の高さを制御することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項５】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記突起状構造物の上部の周囲をオーバーハング形状にすることを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項６】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記液体が液滴であることを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項７】
請求項６記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記液滴の中心から外れた位置に前記レーザーを照射することにより、前記突起状構造物の成長方向を制御することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項８】
請求項６記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記液滴が水滴であることを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項９】
熱可塑性材料上にレーザーを透過する氷を配置し、該氷を通してレーザーを連続的に前記熱可塑性材料に照射することによって、前記氷を液体化するとともに前記レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させて前記レーザーの光軸方向に成長させ、前記熱可塑性材料の突起状構造物を作製することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１０】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーの照射面積を変えることにより、前記突起状構造物の太さを制御することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１１】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーの強度分布を変えることにより、前記突起状構造物の断面形状を制御することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１２】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーの経路にマスクを配置することにより、前記突起状構造物の断面形状に前記マスクの形状を投影することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１３】
請求項１記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーをＸ軸方向に走査することによりＸ軸方向に壁を有する突起状構造物を形成することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザー照射時間を調整することにより、前記壁を有する突起状構造物の高さおよび幅を制御することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーをＹ軸方向に所定間隔をとってＸ軸方向に走査することによりＸ軸方向に複数の前記壁を有する突起状構造物を並列に作製することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１６】
請求項１５記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、Ｘ軸方向に並列に作製した前記壁を有する突起状構造物の間に、前記熱可塑性材料へ前記レーザーを直接照射してＸ軸方向に走査することにより溝を形成することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６の何れか一項記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法によって得られた前記突起状構造物の近傍に、前記熱可塑性材料への前記レーザーの直接照射により凹部を形成することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１８】
熱可塑性材料上にレーザーを透過する液体を配置し、該液体上にレーザーを透過するカバーを配置し、該カバーを通してレーザーを連続的に前記熱可塑性材料に照射することによって、前記レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させて前記レーザーの光軸方向に成長させ、前記熱可塑性材料の突起状構造物を作製し、該突起状構造物の上面を前記カバーに接合させることを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項１９】
熱可塑性材料上にレーザーを透過する液体を配置し、該液体上にレーザーを透過するカバーを配置し、該カバーを通して前記レーザーをＹ軸方向に所定間隔をとってＸ軸方向に走査することによりＸ軸方向に複数の前記壁を有する突起状構造物を並列に作製し、該突起状構造物の上面を前記カバーに接合させることを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項２０】
熱可塑性材料上にレーザーを透過する液体を配置し、該液体を通してレーザーを前記熱可塑性材料に照射することによって、前記レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させて前記レーザーの光軸方向に成長させ、前記熱可塑性材料の突起状構造物を作製した後、該熱可塑性材料の突起状構造物の上に再びレーザーを照射して、前記突起状構造物上に積層状に新たな突起状構造物を作製することを特徴とするレーザー照射による微小立体構造物の作製方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０の何れか一項記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法によって得られる微小立体構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小立体構造物の作製方法及びその微小立体構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー照射による透明体内の加工については、従来、下記のような提案がなされている。
【０００３】
（１）レーザー照射により透明体内に３次元的回折光学素子を形成する（特許文献１）。
【０００４】
（２）２枚の光透過性の熱可塑性樹脂部材間に固形状無機物を介在させた状態で、レーザー照射により固形状無機物の加熱を行うとともに、前記熱可塑性樹脂部材の上下から圧力を加えて樹脂接合を行う（特許文献２）。
【０００５】
（３）高強度超短パルスレーザーを、固体状有機化合物に対して単発で照射し、レーザー光の半分が固体状有機化合物に吸収される領域の表面層のみが加工されるようにする（特許文献３）。
【０００６】
（４）予め液室を加工した樹脂基板に石英ガラスを接着剤により接着し、液室からはみ出した接着剤を主に透明体のカバー上面よりレーザーにて除去し、流通路を加工する（特許文献４）。
【０００７】
（５）超短光パルスによりガラス中に作製した三次元光メモリ素子のデータの書き換えを行う（特許文献５）。
【０００８】
（６）エキシマレーザーを用いて透明部材内部の可視形状の微細加工をガラス上部より直接照射して行う（特許文献６）。
【０００９】
（７）上下樹脂フィルムの間に光吸収物質を挟み込み、レーザーを照射し、樹脂フィルムの接着を行う（特許文献７）。
【００１０】
（８）熱可塑性樹脂部材上にコート材を載置し、その上に押さえともなる光透過性部材をセットして、コート材にレーザー光を照射して、熱可塑性樹脂のコーティングを行う（特許文献８）。
【００１１】
（９）フェムト秒レーザーパルスを試料としての透明固体内部に連続的に照射することにより、この透明固体内部のボイドをレーザーパルスの入射方向に移動させる（特許文献９）。
【００１２】
（１０）光硬化樹脂に、この光硬化樹脂に吸収されない波長を有するフェムト秒パルスレーザー光を集光照射し、二光子吸収により光硬化樹脂を光重合させて硬化させ、微小立体構造物を製造する（特許文献１０）。
【特許文献１】特開平１２−０５６１１２号公報
【特許文献２】特開２００１−２３２６８７号公報
【特許文献３】特開２００１−２３９３７９号公報
【特許文献４】特開２００１−２５９８６７号公報
【特許文献５】特開２００１−３３２０９２号公報
【特許文献６】特開２００２−０８７８３４号公報
【特許文献７】特開２００２−０６７１６４号公報
【特許文献８】特開２００２−０６６４４６号公報
【特許文献９】特開２００２−３４３０８７号公報
【特許文献１０】特開２００３−００１５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、簡単な構成でもって、熱可塑性材料上に微小立体構造物を作製する方法はこれまでにないため、かかる微小立体構造物の作製方法が望まれている。
【００１４】
本発明は、上記状況に鑑み、簡便に、しかも低コストで、熱可塑性材料上に微小立体構造物を作製できるレーザー照射による微小立体構造物の作製方法及びその微小立体構造物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】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕レーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、熱可塑性材料上にレーザーを透過する液体を配置し、この液体を通してレーザーを連続的に前記熱可塑性材料に照射することによって、前記レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させて前記レーザーの光軸方向に成長させ、前記熱可塑性材料の突起状構造物を作製することを特徴とする。
【００１６】
〔２〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記熱可塑性材料の面に対する前記レーザー照射角度を変えて前記突起状構造物の傾斜を制御することを特徴とする。
【００１７】
〔３〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記熱可塑性材料の面を前記レーザーの照射方向に対して傾斜させることにより、相対的に前記レーザー照射角度を変えて前記突起状構造物の傾斜を制御することを特徴とする。
【００１８】
〔４〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記熱可塑性材料上の液体の高さを変えることにより、前記突起状構造物の高さを制御することを特徴とする。
【００１９】
〔５〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記突起状構造物の上部の周囲をオーバーハング形状にすることを特徴とする。
【００２０】
〔６〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記液体が液滴であることを特徴とする。
【００２１】
〔７〕上記〔６〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記液滴の中心から外れた位置に前記レーザーを照射することにより、前記突起状構造物の成長方向を制御することを特徴とする。
【００２２】
〔８〕上記〔６〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記液滴が水滴であることを特徴とする。
【００２３】
〔９〕レーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、熱可塑性材料上にレーザーを透過する氷を配置し、この氷を通してレーザーを連続的に前記熱可塑性材料に照射することによって、前記氷を液体化するとともに前記レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させて前記レーザーの光軸方向に成長させ、前記熱可塑性材料の突起状構造物を作製することを特徴とする。
【００２４】
〔１０〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーの照射面積を変えることにより、前記突起状構造物の太さを制御することを特徴とする。
【００２５】
〔１１〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーの強度分布を変えることにより、前記突起状構造物の断面形状を制御することを特徴とする。
【００２６】
〔１２〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーの経路にマスクを配置することにより、前記突起状構造物の断面形状に前記マスクの形状を投影することを特徴とする。
【００２７】
〔１３〕上記〔１〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーをＸ軸方向に走査することによりＸ軸方向に壁を有する突起状構造物を形成することを特徴とする。
【００２８】
〔１４〕上記〔１３〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザー照射時間を調整することにより、前記壁を有する突起状構造物の高さおよび幅を制御することを特徴とする。
【００２９】
〔１５〕上記〔１３〕又は〔１４〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、前記レーザーをＹ軸方向に所定間隔をとってＸ軸方向に走査することによりＸ軸方向に複数の前記壁を有する突起状構造物を並列に作製することを特徴とする。
【００３０】
〔１６〕上記〔１５〕記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、Ｘ軸方向に並列に作製した前記壁を有する突起状構造物の間に、前記熱可塑性材料へ前記レーザーを直接照射してＸ軸方向に走査することにより溝を形成することを特徴とする。
【００３１】
〔１７〕上記〔１〕〜〔１６〕の何れか一項記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法によって得られた前記突起状構造物の近傍に、前記熱可塑性材料への前記レーザーの直接照射により凹部を形成することを特徴とする。
【００３２】
〔１８〕レーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、熱可塑性材料上にレーザーを透過する液体を配置し、この液体上にレーザーを透過するカバーを配置し、このカバーを通してレーザーを連続的に前記熱可塑性材料に照射することによって、前記レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させて前記レーザーの光軸方向に成長させ、前記熱可塑性材料の突起状構造物を作製し、この突起状構造物の上面を前記カバーに接合させることを特徴とする。
【００３３】
〔１９〕レーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、熱可塑性材料上にレーザーを透過する液体を配置し、この液体上にレーザーを透過するカバーを配置し、該カバーを通して前記レーザーをＹ軸方向に所定間隔をとってＸ軸方向に走査することによりＸ軸方向に複数の前記壁を有する突起状構造物を並列に作製し、この突起状構造物の上面を前記カバーに接合させることを特徴とする。
【００３４】
〔２０〕レーザー照射による微小立体構造物の作製方法において、熱可塑性材料上にレーザーを透過する液体を配置し、この液体を通してレーザーを前記熱可塑性材料に照射することによって、前記レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させて前記レーザーの光軸方向に成長させ、前記熱可塑性材料の突起状構造物を作製した後、この熱可塑性材料の突起状構造物の上に再びレーザーを照射して、前記突起状構造物上に積層状に新たな突起状構造物を作製することを特徴とする。
【００３５】
〔２１〕微小立体構造物であって、上記〔１〕〜〔２０〕の何れか一項記載のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法によって得られる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、熱可塑性材料上にレーザーを透過する物質を配置し、この物質を通してレーザーを前記熱可塑性材料に照射することによって、レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させてレーザーの光軸方向に成長させ、簡便に、しかも低コストで突起状構造物を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
熱可塑性材料上にレーザーを透過する物質を配置し、この物質を通してレーザーを連続的に前記熱可塑性材料に照射することによって、レーザー照射部分の熱可塑性材料を流動化させてレーザーの光軸方向に成長させ、突起状構造物を作製する。よって、簡単な構成で、しかも低コストで各種形状の微小立体構造物を作製することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３９】
図１は本発明の実施例を示す微小立体構造物の作製工程断面図である。
【００４０】
（１）まず、図１（ａ）に示すように、パラフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性材料１上にレーザー３を透過する物質としての液体２を配置して、この液体２を通してレーザー３を熱可塑性材料１に連続照射する。すると、熱可塑性材料１のレーザー３の照射部分が溶解し、流動性をもった溶解した熱可塑性材料１Ａが生成される。
【００４１】
（２）次いで、図１（ｂ）に示すように、レーザー３の照射を続けると、溶解した熱可塑性材料１Ａがレーザー３の光軸方向に伸びて突起状に成長する。ここで１Ｂは、成長中の熱可塑性材料の突起状構造物である。
【００４２】
（３）図１（ｃ）に示すように、さらにレーザー３の照射を続けると、熱可塑性材料の突起状構造物１Ｂが液体表面２Ａの高さまで成長する。熱可塑性材料の突起状構造物１Ｂは、液体表面２Ａの高さを超えると、それ以上は高くならず、液体表面２Ａを伝わって水平方向に拡がる。つまり、先端の拡大形状部１Ｃを有する熱可塑性材料の突起状構造物１Ｄが形成される。
【００４３】
（４）そこで、図１（ｄ）に示すように、レーザー３の照射をやめて、先端の拡大形状部１Ｃを有する熱可塑性材料の突起状構造物１Ｄを固化させる。
【００４４】
（５）次に、図１（ｅ）に示すように、液体２を除去する。
【００４５】
（６）次に、図１（ｆ）に示すように、熱可塑性材料の突起状構造物１Ｄの先端の拡大形状部１Ｃの周囲の不要部分１Ｅに対してレーザー４を照射し、その不要部分１Ｅを蒸散させて除去する。
【００４６】
（７）すると、図１（ｇ）に示すように、熱可塑性材料１上に整形された熱可塑性材料の突起状構造物１Ｆを形成することができる。
【００４７】
図２は本発明の熱可塑性材料の突起状構造物の生成実験の様子を示す図であり、図２（ａ）は熱可塑性材料の突起状構造物の生成の様子を示し、図２（ｂ）は液体（ここでは純水）の除去の様子を示している。
【００４８】
この実験では、熱可塑性材料としてパラフィン（融点６０℃）、液体として純水１０μｌ、レーザーとしてＮｄ：ＹＡＧレーザー（１０６４ｎｍ）を用い、５．７Ｗで連続波発振を１０秒間行っている。
【００４９】
この図２より、図１に示したように熱可塑性材料の突起状構造物が成長していることがわかる。
【００５０】
また、図３は本発明により成長させた熱可塑性材料の突起状構造物を示す図であり、図３（ａ）は熱可塑性材料の突起状構造物の先端が水面から出る前にレーザー照射を停止した場合、図３（ｂ）は熱可塑性材料の突起状構造物の先端が水面から出た後にレーザー照射を停止した場合に生成される熱可塑性材料の突起状構造物を示している。
【００５１】
この図３より、熱可塑性材料の突起状構造物の先端が水面から出る前にレーザー照射を停止すると、先端の拡大形状を有しない熱可塑性材料の突起状構造物が生成されることがわかる。
【００５２】
図４は本発明の実施例を示す熱可塑性材料の突起状構造物の角度の制御の説明図であり、図４（ａ）は熱可塑性材料の表面に対してレーザーの光軸を傾斜させて、熱可塑性材料の突起状構造物を傾斜して成長させた例を示し、図４（ｂ）は熱可塑性材料を傾斜した状態に設定して、上方からレーザーを照射して熱可塑性材料の突起状構造物を傾斜させて成長させた例を示している。
【００５３】
すなわち、この図に示すように、溶解した熱可塑性材料は、レーザーの光軸に向かって成長するため、図４（ａ）に示すように熱可塑性材料１１および液体１２の表面に対してレーザー１３の光軸を傾斜させることによっても、また、図４（ｂ）に示すように熱可塑性材料２１および液体２２を傾斜させて上方からレーザー２３を照射することによっても、熱可塑性材料の突起状構造物１４，２４の熱可塑性材料１１，２１の表面に対する成長角度を制御することができる。
【００５４】
図５は本発明の実施例を示す熱可塑性材料の突起状構造物の高さの制御の説明図であり、図５（ａ）は液体の高さが低い場合、図５（ｂ）は液体の高さが図５（ａ）より高い場合、図５（ｃ）は液体の高さが図５（ｂ）より高い場合をそれぞれ示している。
【００５５】
すなわち、図５（ａ）においては、熱可塑性材料３１上に液体３２を配置し、その液体３２の液面の高さｈ1 を低くしておくと、成長する熱可塑性材料の突起状構造物３３の高さは低いものになる。
【００５６】
また、図５（ｂ）においては、熱可塑性材料４１上に液体４２を配置し、その液体４２の液面の高さｈ2 を中程度にしておくと、成長する熱可塑性材料の突起状構造物４３の高さは中程度のものになる。
【００５７】
更に、図５（ｃ）においては、熱可塑性材料５１上に液体５２を配置し、その液体５２の液面の高さｈ3 を高くしておくと、成長する熱可塑性材料の突起状構造物５３の高さは高いものになる。
【００５８】
このように、液体３２，４２，５２の液面の高さを制御することによって、熱可塑性材料の突起状構造物３３，４３，５３の高さを制御することができる。
【００５９】
なお、図３にも見られるように、熱可塑性材料の突起状構造物の先端が液体の液面に達する前にレーザーの照射をやめた場合は、熱可塑性材料の突起状構造物はその形状を保ったまま固化することになる。したがって、液体の液面に達する前の熱可塑性材料の突起状構造物の高さはレーザーの照射時間に依存するため、レーザーの照射時間によっても熱可塑性材料の突起状構造物の高さを制御することが可能である。
【００６０】
図６は本発明の実施例を示す熱可塑性材料の突起状構造物の高さの制御例を示す図である。
【００６１】
この図において、５４は熱可塑性材料、５５は熱可塑性材料の突起状構造物、５６はダム、５７は液体、５７Ａは液体表面、５８は液面センサ、５９はポンプ（図示なし）から液体５７を供給する液体の供給口、６０は液体５７を排出するためにバルブ（図示なし）を有する液体の排出口である。
【００６２】
この実施例では、液面センサ５８に生成すべき熱可塑性材料の突起状構造物５５の高さＨを設定すると、液体の供給口５９からポンプによりダム５６内に液体５７が供給される。その液体表面５７Ａの高さが予め設定された熱可塑性材料の突起状構造物５５の高さＨに達すると、液面センサ５８により液体５７の供給が止められる。そこへレーザー（図示なし）を照射することにより、所定の高さの熱可塑性材料の突起状構造物５５を作製することができる。
【００６３】
このように、液面センサ５８の設定次第で、液体表面５７Ａの高さを調整することができ、その結果任意の高さの熱可塑性材料の突起状構造物を作製することができる。
【００６４】
図７は本発明の実施例を示すオーバーハング形状の熱可塑性材料の突起状構造物を示す図である。  
【００６５】
この図において、６１は熱可塑性材料、６２はその熱可塑性材料６１上に配置される液体、６３はオーバーハング形状の熱可塑性材料の突起状構造物である。
【００６６】
この図に示すように、熱可塑性材料の突起状構造物が液体６２の液面の高さを超えてもレーザー照射を続けて行うことにより、オーバーハング形状の熱可塑性材料の突起状構造物６３を作製することができる。
【００６７】
図８は本発明の実施例を示す熱可塑性材料上に液滴を配置する微小立体構造物の作製図であり、図８（ａ）は液滴の中心にレーザーを照射する場合、図８（ｂ）は液滴の中心から外れた位置にレーザーを照射する場合をそれぞれ示している。
【００６８】
これらの図において、７１は熱可塑性材料、７２は液滴、７３は液滴７２の中心に照射されるレーザー、７４は垂直に成長する熱可塑性材料の突起状構造物、７５は液滴７２の中心から外れた位置に照射されるレーザー、７６は液滴７２の中心から外れた位置に照射されるレーザー７５の方向に曲がって成長する熱可塑性材料の突起状構造物を示している。
【００６９】
この実施例によれば、図８に示したように液体は一定の厚さである必要はなく、熱可塑性材料７１上に液滴７２の状態で配置するようにしてもよい。
【００７０】
この時、図８（ａ）に示すように、液滴７２の中心にレーザー７３を照射すると、熱可塑性材料７１の表面に垂直な熱可塑性材料の突起状構造物７４が生成されるが、図８（ｂ）に示すように、液滴７２の中心から外れた位置にレーザー７５を照射すると、液滴７２の中心から外れたレーザー７５の方向に曲がった熱可塑性材料の突起状構造物７６を作製できる。
【００７１】
図９は本発明の実施例を示すレーザー照射面積による熱可塑性材料の突起状構造物の太さの制御についての説明図である。
【００７２】
この図において、８１は熱可塑性材料、８２は熱可塑性材料８１上に配置される液体、８３〜８５は照射されるレーザー、８６〜８８は熱可塑性材料８１の表面におけるレーザー照射範囲、８９〜９１は熱可塑性材料の突起状構造物である。
【００７３】
まず、左側に示すように、熱可塑性材料８１におけるレーザー８３のレーザー照射範囲８６が大きい場合には、太さの大きい熱可塑性材料の突起状構造物８９が作製される。また、中央に示すように、熱可塑性材料８１の表面におけるレーザー８４のレーザー照射範囲８７が中程度の場合には、太さが中程度の熱可塑性材料の突起状構造物９０が作製される。さらに、熱可塑性材料８１表面におけるレーザー８５のレーザー照射範囲８８が小さい場合には、太さが小さい熱可塑性材料の突起状構造物９１が作製される。なお、レーザー照射面積を調整する方法としては、レーザーのスポット位置をずらすことによって容易に行うことができる。
【００７４】
図１０は本発明の実施例を示すレーザーの強度分布による突起形状の制御についての説明図であり、図１０（ａ）はガウス型分布（ＴＥＭ00基本モード）、図１０（ｂ）は矩形分布（ＴＥＭmn高次モード）、図１０（ｃ）はドーナツ型分布（ＴＥＭ01* モード）の場合を示している。
【００７５】
この実施例では、レーザーのビームモードによって突起の形状を制御することができる。例えば、図１０（ａ）に示すように、基本モードのレーザー１０３を液体１０２を介して熱可塑性材料（パラフィン）１０１に照射した場合は熱可塑性材料の突起状構造物１０４のＡ−Ａ線断面は円となる。図１０（ｂ）に示すように、高次モードのレーザー１０５を照射した場合は、熱可塑性材料の突起状構造物１０６のＡ−Ａ線断面は矩形になる。図１０（ｃ）に示すように、ドーナツモードのレーザー１０７を熱可塑性材料に照射した場合は熱可塑性材料の突起状構造物１０８のＡ−Ａ線断面は中空の円形状となる。
【００７６】
図１１は本発明の実施例を示すレーザーによるマスク形状の投影についての説明図である。
【００７７】
この図において、１１１は熱可塑性材料、１１２は液体、１１３はレーザー、１１４はマスク、１１５は結像光学系、１１６は熱可塑性材料の突起状構造物である。
【００７８】
この実施例では、マスク１１４の形状を結像光学系１１５を介して熱可塑性材料１１１に投影することによってレーザー照射領域の形状を制御することができる。つまり、これによって、熱可塑性材料の突起状構造物１１６のＡ−Ａ線断面がマスク１１４に対応した形状となる。
【００７９】
図１２は本発明の実施例を示すレーザーの走査による３次元微小立体構造物の作製についての説明図である。
【００８０】
この図において、１２１は熱可塑性材料、１２２は液体、１２３は照射されるレーザー、１２４はＸ軸に沿ったレーザーの走査方向、１２５はその結果得られるＸ軸に沿った壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物である。
【００８１】
この図に示すように、レーザーをＸ軸方向に走査すると、連続的に突起が形成され、Ｘ軸方向に壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物１２５が形成される。このとき、走査速度によって壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物１２５の高さ、幅を制御することができる。
【００８２】
図１３は本発明の実施例を示す壁を有する熱可塑性材料をＹ軸方向に間隔を取って繰り返し形成することによる流路の形成例を示す図であり、図１３（ａ）はその斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００８３】
この図において、１３１は熱可塑性材料、１３２は図１２に示した実施例によって形成される壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物、１３３はＹ軸方向に間隔を取って複数個並列に形成された壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物１３２によって形成される流路である。
【００８４】
この実施例では、上記した図１２の実施例によって形成される、壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物１３２をＹ軸方向に所定距離をとってＸ軸方向に繰り返し並列に形成することにより、多チャンネルのマイクロチャンネル（微小流路）１３３を形成することができる。
【００８５】
図１４は本発明の実施例を示す熱可塑性材料上にレーザーを透過する物質としての固体を配置した微小立体構造物の作製についての説明図である。
【００８６】
この図において、１４１は熱可塑性材料、１４２はレーザーを透過する物質としての固体（ここでは、氷）、１４３はレーザー、１４４はレーザー照射によって融解した液体、１４５は熱可塑性材料の突起状構造物である。
【００８７】
この実施例に示すように、熱可塑性材料１４１の上に配置する物質は、液体である必要はなく、熱可塑性材料１４１に比べて比較的融点の低い固体１４２（ここでは氷）でもよい。このとき、レーザー１４３の照射によって固体１４２が融解し、液体の場合と同様の作用を示すことができる。
【００８８】
図１５は本発明の実施例を示す本発明の熱可塑性材料の突起状構造物の形成と従来のレーザーによる凹形状の加工とを組み合わせた微小立体構造物の作製工程図である。
【００８９】
まず、図１５（ａ）に示すように、熱可塑性材料１５１上に液体１５２を配置し、レーザー１５３の照射によって熱可塑性材料１５１を溶解させ、流動性をもった溶解した熱可塑性材料１５１Ａを生成する。
【００９０】
次いで、図１５（ｂ）に示すように、レーザー１５３を連続照射することにより、レーザー１５３の光軸方向に熱可塑性材料１５１Ａが伸びて熱可塑性材料の突起状構造物１５１Ｂが成長する。
【００９１】
次に、図１５（ｃ）に示すように、熱可塑性材料の突起状構造物１５１Ｂが液体１５２の表面に達する前にレーザー１５３の照射を停止して、液体１５２を取り除き、熱可塑性材料の突起状構造物１５１Ｂを固化する。
【００９２】
次に、図１５（ｄ）に示すように、レーザー１５３の照射位置を移動させる。
【００９３】
次に、図１５（ｅ）に示すように、液体を通さずにレーザー１５３を照射して、熱可塑性材料１５１の一部を飛散させる。
【００９４】
すると、図１５（ｆ）に示すように、熱可塑性材料の凹形状部１５１Ｃを形成することができる。
【００９５】
図１６は本発明の実施例を示す本発明の熱可塑性材料の突起状構造物の形成と従来のレーザーによる凹形状の加工とを組み合わせた微小立体構造物による流路の作製工程図であり、図１６（ａ）はその斜視図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００９６】
この図において、１６１は熱可塑性材料、１６２はその熱可塑性材料１６１上に形成される壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物（図１３参照）、１６３はその壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物１６２の間に液体を通さずにレーザーをＸ軸方向に照射して形成（図１５参照）される溝である。
【００９７】
この実施例では、上記したように、溝１６３を有する多チャンネルのマイクロチャンネル（微小流路）を作製することができる。
【００９８】
図１７は本発明の実施例を示すカバーを介した熱可塑性材料の突起状構造物の作製方法の説明図、図１８はその作製方法の結果を示し、図１８（ａ）は形成された突起１７７を、図１８（ｂ）は形成された壁１７８をそれぞれ示している。
【００９９】
ここでは、熱可塑性材料１７１としてはパラフィン（融点６０℃）、液体１７３としては空気（液面高さ１ｍｍ）、レーザー１７５としてはＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いており、そのレーザー１７５は出力５．７Ｗで連続波発振を行った。なお、１７２はスペーサ（シリコンゴム）、１７４はカバー（透明アクリル：厚さ２ｍｍ）、１７６は純水である。
【０１００】
図１８（ａ）に示す突起１７７は、レーザー１７５を走査せずに照射することで作製し、図１８（ｂ）に示す壁１７８はレーザー１７５を２００μｍ／ｓで走査することで作製した。これらの図より、カバー１７４の表面に達した溶融状態の熱可塑性材料１７１はカバー１７４の表面に広がっていることがわかる。したがって、カバー１７４と熱可塑性材料１７１との間隔（液面高さ）によって、突起１７７、もしくは壁１７８の高さが制御可能であることが示された。形成した熱可塑性材料の突起１７７（もしくは壁１７８）はカバー１７４と接合しており、カバー１７４を突起１７７から離そうとすると、突起１７７はカバー１７４から離れず、接合したまま残り、突起１７７の中央部分が破断した。したがって、突起１７７の引っ張り耐力よりも突起１７７とカバー１７４との接合力の方が強いことがわかる。
【０１０１】
この実施例では、作製される熱可塑性材料の突起状構造物の用途によっては、カバー１７４を有していることが望ましい場合もあるので、そのような場合に、カバー１７４を介してレーザー１７５を照射するようにしている。
【０１０２】
図１９は図１７に示した方法をマイクロチャンネルを形成する場合に適用した例を示す断面図である。このように、熱可塑性材料１８１上の液体１８３はスペーサ１８２及びカバー１８４で覆われており、そこで、上記したように連続してレーザーを照射することにより、熱可塑性材料の突起状構造物１８５が作製される。その場合、突起状構造物１８５の上面は、カバー１８４に接合する。
【０１０３】
なお、カバーの構成としては、図示しないが、スペーサと一体になったカバーを個別のスペーサ及びカバーに代えて用いることもできる。また、カバーを液体の中に沈めるようにしてもよい。
【０１０４】
また、カバーと熱可塑性材料との間隔を調整する方法として、図示しないが、カバーを自動、もしくは手動のステージにより調整するようにしてもよい。
【０１０５】
図２０は本発明の実施例を示す同じ箇所へ複数回のレーザーの照射を行うことによる積層形状の熱可塑性材料の突起状構造物の作製方法の説明図である。
【０１０６】
この図において、１９１は熱可塑性材料、１９２は液体、１９３は照射されるレーザー、１９４は第１回目のレーザー照射によって得られる熱可塑性材料の突起状構造物、１９５は第２回目のレーザー照射によって得られる熱可塑性材料の突起状構造物、１９６は第３回目のレーザー照射によって得られる熱可塑性材料の突起状構造物である。
【０１０７】
このように、同じ箇所へ複数回のレーザーの照射を行うことにより積層形状の熱可塑性材料の突起状構造物を作製することができる。
【０１０８】
図２１はその実験の様子を示す図、図２２はその実験で８回レーザーを照射した後に形成された熱可塑性材料の突起状構造物の形状を示しており、図２２（ａ）はその熱可塑性材料の突起状構造物の正面画像、図２２（ｂ）はその熱可塑性材料の突起状構造物の側面画像を示している。ここでは、レーザーはＮｄ：ＹＡＧレーザーであり、出力５．７Ｗ、走査速度２００μｍ／ｓで連続波発振を行った。熱可塑性材料２０１としてはパラフィン（融点６０℃）、液体２０２としては純水の水滴を用いた。この条件で、パラフィン２０１表面にレーザーを走査して照射したところ、走査のたびごとにパラフィン２０１が隆起する様子が観察できた。
【０１０９】
また、図１２の２０３が第１回目のレーザー照射により形成された熱可塑性材料の突起状構造物、図２１の２０４が第２回目のレーザー照射により形成された熱可塑性材料の突起状構造物を示している。
【０１１０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明のレーザー照射による微小立体構造物の作製方法は、簡便にして低コストの微小立体構造物や流路の作製ツールとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施例を示す微小立体構造物の作製工程断面図である。
【図２】本発明の熱可塑性材料の突起状構造物の生成実験の様子を示す図である。
【図３】本発明の熱可塑性材料の突起状構造物を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す熱可塑性材料の突起状構造物の角度の制御の説明図である。
【図５】本発明の実施例を示す熱可塑性材料の突起状構造物の高さの制御の説明図である。
【図６】本発明の実施例を示す熱可塑性材料の突起状構造物の高さの制御例を示す図である。
【図７】本発明の実施例を示すオーバーハング形状の熱可塑性材料の突起状構造物を示す図である。
【図８】本発明の実施例を示す熱可塑性材料上に液滴を配置する微小立体構造物の作製図である。
【図９】本発明の実施例を示すレーザー照射面積による熱可塑性材料の突起状構造物の太さの制御についての説明図である。
【図１０】本発明の実施例を示すレーザーの強度分布による突起形状の制御についての説明図である。
【図１１】本発明の実施例を示すレーザーによるマスク形状の投影についての説明図である。
【図１２】本発明の実施例を示すレーザーの走査による３次元微小立体構造物の作製についての説明図である。
【図１３】本発明の実施例を示す壁を有する熱可塑性材料をＹ軸方向に間隔を取って繰り返し形成することによる流路の形成例を示す図である。
【図１４】本発明の実施例を示す熱可塑性材料上にレーザーを透過する物質としての固体を配置した微小立体構造物の作製についての説明図である。
【図１５】本発明の実施例を示す本発明の熱可塑性材料の突起状構造物の形成と従来のレーザーによる凹形状の加工とを組み合わせた微小立体構造物の作製工程図である。
【図１６】本発明の実施例を示す本発明の熱可塑性材料の突起状構造物の形成と従来のレーザーによる凹形状の加工とを組み合わせた微小立体構造物による流路の作製工程図である。
【図１７】本発明の実施例を示すカバーを介した熱可塑性材料の突起状構造物の作製方法の説明図である。
【図１８】図１７に示した作製方法による結果を示す図である。
【図１９】図１７に示した方法をマイクロチャンネルを形成する場合に適用した例を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施例を示す同じ箇所へ複数回のレーザーの照射を行うことによる積層形状の熱可塑性材料の突起状構造物の作製方法の説明図である。
【図２１】図２０に示す実験の様子を示す図である。
【図２２】図２０に示す実験で８回レーザーを照射した後に形成された熱可塑性材料の突起状構造物の形状を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１，１１，２１，３１，４１，５１，５４，６１，７１，８１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１    熱可塑性材料
１Ａ，１５１Ａ    流動性をもった溶解した熱可塑性材料
１Ｂ    成長中の熱可塑性材料の突起状構造物
１Ｃ    先端の拡大形状部
１Ｄ，１４，２４，３３，４３，５３，５５，８９〜９１，１０４，１０６，１０８，１１６，１４５，１５１Ｂ，１８５    熱可塑性材料の突起状構造物
１Ｅ    先端の拡大形状部の不要部分
１Ｆ    整形された熱可塑性材料の突起状構造物
２，１２，２２，３２，４２，５２，５７，６２，８２，１０２，１１２，１２２，１５２，１７３，１８３，１９２，２０２    液体
２Ａ，５７Ａ    液体表面
３，４，１３，２３，８３〜８５，１１３，１２３，１４３，１５３，１７５，１９３    レーザー
５６    ダム
５８    液面センサ
５９    液体の供給口
６０    液体の排出口
６３    オーバーハング形状の熱可塑性材料の突起状構造物
７２    液滴
７３    液滴の中心に照射されるレーザー
７４    垂直に成長する熱可塑性材料の突起状構造物
７５    液滴の中心から外れた位置に照射されるレーザー
７６    液滴の中心から外れたレーザー側に曲がった熱可塑性材料の突起状構造物
８６〜８８    レーザー照射範囲
１０３    基本モードのレーザー
１０５    高次モードのレーザー
１０７    ドーナツモードのレーザー
１１４    マスク
１１５    結像光学系
１２４    レーザーの走査方向
１２５，１３２，１６２    壁を有する熱可塑性材料の突起状構造物
１３３    流路
１４２    固体（氷）
１４４    レーザー照射によって融解した液体
１５１Ｃ    熱可塑性材料の凹形状部
１６３    溝
１７２，１８２    スペーサ（シリコンゴム）
１７４，１８４    カバー（透明アクリル）
１７６    レーザーの照射領域
１７７    突起
１７８    壁
１９４，２０３    熱可塑性材料の突起状構造物（第１回目のレーザー照射）
１９５，２０４    熱可塑性材料の突起状構造物（第２回目のレーザー照射）
１９６    熱可塑性材料の突起状構造物（第３回目のレーザー照射）
【図１】
2005238481.tif 000003
【図４】
2005238481.tif 000004
【図５】
2005238481.tif 000005
【図６】
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【図７】
2005238481.tif 000007
【図８】
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【図９】
2005238481.tif 000009
【図１０】
2005238481.tif 000010
【図１１】
2005238481.tif 000011
【図１２】
2005238481.tif 000012
【図１３】
2005238481.tif 000013
【図１４】
2005238481.tif 000014
【図１５】
2005238481.tif 000015
【図１６】
2005238481.tif 000016
【図１７】
2005238481.tif 000017
【図１９】
2005238481.tif 000018
【図２０】
2005238481.tif 000019
【図２】
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【図３】
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【図１８】
2005238481.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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