(57)【要約】  マイクロスケールの構造体を鋳造するためのモールドは、第1の深さを有する第1のキャビティーを含む上側表面を含む。マイクロスケールの構造体のアレイのためのネガティブパターンが、第1のキャビティーの表面の中に画定されている。モールドは、第2の深さを有する少なくとも1つの第2のキャビティーを含み、少なくとも1つの第2のキャビティーは、マイクロスケールの構造体のアレイのためのネガティブパターンの外側のキャビティーの中に画定されている。少なくとも1つの第2のキャビティーは、マイクロスケールの構造体のスタンドオフのためのネガティブパターンを画定している。ファブリック保持フレームが、第1のキャビティーの中に配設されている。
2018501981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込まれたファブリックを含むマイクロスケールの構造体を鋳造するためのモールドであって、
第1の深さを有する第1のキャビティーを含む上側表面と、
前記第1のキャビティーの表面の中に画定されたマイクロスケールの構造体のアレイのための第1のネガティブパターンと、
前記第1のキャビティーの中に配設されているファブリック保持フレームと
を含む、モールド。
【請求項２】
前記モールドは、第2の深さを有する少なくとも1つの第2のキャビティーをさらに含み、前記少なくとも1つの第2のキャビティーは、マイクロスケールの構造体の前記アレイのための前記第1のネガティブパターンの外側のキャビティーの中に画定されており、前記少なくとも1つの第2のキャビティーは、前記マイクロスケールの構造体のスタンドオフのための第2のネガティブパターンを画定している、請求項1に記載のモールド。
【請求項３】
マイクロスケールの構造体の前記アレイのための前記ネガティブパターンは、前記第2の深さよりも大きい深さまで、前記モールドの中へ延在している、請求項2に記載のモールド。
【請求項４】
剥離剤によって少なくとも部分的にコーティングされ、前記モールドと前記マイクロスケールの構造体のための鋳造材料との間の接着を低減させる、請求項1に記載のモールド。
【請求項５】
前記第1のキャビティーが画定されているワックス部分を含む、請求項1に記載のモールド。
【請求項６】
前記ワックス部分は、マシニングワックスを含む、請求項5に記載のモールド。
【請求項７】
ベースプレートと、
前記ワックス部分の側壁部のテーパーに対応するテーパー付きの表面を有しており、前記ワックス部分を前記ベースプレートに固定するように構成されている、リテーナーと
をさらに含む、請求項6に記載のモールド。
【請求項８】
エポキシから形成されている、請求項1に記載のモールド。
【請求項９】
マイクロスケールの構造体の前記アレイは、マイクロウェッジのアレイを含む、請求項1に記載のモールド。
【請求項１０】
マイクロウェッジの前記アレイの中の前記マイクロウェッジは、前記マイクロウェッジのベースによって画定される平面に対して約30度から約70度の間の角度で配設されている中心線を含む、請求項9に記載のモールド。
【請求項１１】
マイクロウェッジの前記アレイの中の前記マイクロウェッジは、前記マイクロウェッジの前記ベースによって画定される前記平面に対して約20度から約65度の間の角度で配設されている前縁部を含む、請求項10に記載のモールド。
【請求項１２】
マイクロウェッジの前記アレイの中の前記マイクロウェッジは、前記マイクロウェッジの前記ベースによって画定される前記平面に対して約35度から約85度の間の角度で配設されている後縁部を含む、請求項11に記載のモールド。
【請求項１３】
前記マイクロウェッジは、マイクロウェッジの前縁部と隣接するマイクロウェッジの後縁部との間に画定されるリエントラントスペースを含む、請求項9に記載のモールド。
【請求項１４】
前記マイクロウェッジは、約80μmから約120μmの間の高さを有し、また、約20μmから約40μmの間の幅を有するベースを有している、請求項9に記載のモールド。
【請求項１５】
マイクロウェッジの前記アレイの中の前記マイクロウェッジは、約120μmから約160μmの間の長さを有している、請求項14に記載のモールド。
【請求項１６】
モールドの中でマイクロスケールの構造体を鋳造する方法であって、
前記モールドの上側表面の中の第1のキャビティーの中に前記マイクロスケールの構造体のためのネガティブパターンを含むモールドを提供するステップと、
前記ネガティブパターンの上に鋳造材料を堆積させるステップと、
前記第1のキャビティーの中の前記鋳造材料の中にファブリックメッシュを配設するステップと、
前記鋳造材料を硬化させるステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記モールドを提供するステップは、前記マイクロスケールの構造体のための前記ネガティブパターンの外側の前記第1のキャビティーの中に配設されているスタンドオフキャビティーを備える前記モールドを提供するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記鋳造材料の中に前記ファブリックメッシュを配設するステップは、前記第1のキャビティーの中に前記ファブリックメッシュを保持するフレームを配設するステップを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法は、前記モールドの一部分をリテーナーによってベースプレートに固定するステップをさらに含み、前記リテーナーは、前記モールドの前記一部分の側壁部に接触しており、また、前記側壁部のテーパーに対応するテーパー付きの表面を有している、請求項16に記載の方法。
【請求項２０】
減摩剤を前記第1のキャビティーに適用するステップと、
前記第1のキャビティーの中にマイクロスケールのパターンを機械加工するステップと、
前記第1のキャビティーから前記減摩剤を洗浄するステップと
を含むプロセスによって、前記マイクロスケールの構造体のための前記ネガティブパターンを画定するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項２１】
前記上側表面を剥離剤によって少なくとも部分的にコーティングするステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項２２】
前記鋳造材料の硬化の間に、前記鋳造材料に圧力を印加するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項２３】
前記ファブリックメッシュを前記鋳造材料の中に押し込むステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
前記鋳造材料が硬化した後に、前記マイクロスケールの構造体を前記モールドから除去するステップと、
前記マイクロスケールの構造体を除去した後に、前記モールドを検査するステップと
をさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項２５】
前記モールドが損傷したということを決定することに応答して、前記モールドを再調整するステップをさらに含む、請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
前記マイクロスケールの構造体は、複数のマイクロスケールのエレメントおよび1つまたは複数のスタンドオフを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項２７】
前記マイクロスケールの構造体は、1つまたは複数のスタンドオフをさらに含む、請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
前記複数のマイクロスケールのエレメントの上側縁部の上に、滑らかさを強化する構造体を形成するステップをさらに含む、請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
前記複数のマイクロスケールのエレメントの前記上側縁部の上に前記滑らかさを強化する構造体を形成するステップは、
インキングプレートの上側表面の上に液体ポリマーの層を堆積させるステップと、
前記液体ポリマーに接触している状態で、前記インキングプレートの上に前記マイクロスケールの構造体を設置するステップと、
前記マイクロスケールの構造体を前記インキングプレートから除去するステップと
を含む、請求項28に記載の方法。
【請求項３０】
前記インキングプレートの前記上側表面に接触している状態に前記1つまたは複数のスタンドオフを設置するステップをさらに含む、請求項29に記載の方法。
【請求項３１】
前記マイクロスケールの構造体を前記インキングプレートの上に設置する前に、前記複数のマイクロスケールのエレメントの前記上側縁部をプラズマによって処理するステップをさらに含む、請求項29に記載の方法。
【請求項３２】
前記インキングプレートの前記上側表面の上に前記液体ポリマーの前記層を堆積させる前に、前記液体ポリマーをフィルターに通すステップをさらに含む、請求項29に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数のマイクロスケールのエレメントの前記上側縁部の上に配設されている前記液体ポリマーを含む前記マイクロスケールの構造体をメサプレートの上に設置するステップと、前記複数のマイクロスケールのエレメントの前記上側縁部が前記メサプレートに接触している間に、前記液体ポリマーを硬化させるステップとをさらに含む、請求項29に記載の方法。
【請求項３４】
前記鋳造材料が硬化した後に、前記マイクロスケールの構造体を前記モールドから除去するステップと、
前記マイクロスケールの構造体を物体に連結させるステップと
をさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項３５】
前記物体は、衣類であり、前記方法は、機械的な締結具によって、前記マイクロスケールの構造体を前記衣類に連結させるステップを含む、請求項34に記載の方法。
【請求項３６】
前記マイクロスケールの構造体を前記衣類に縫合するステップを含む、請求項35に記載の方法。
【請求項３７】
前記物体は、グローブである、請求項36に記載の方法。
【請求項３８】
前記物体は、衣類であり、前記マイクロスケールの構造体を前記グローブに連結させるステップは、接着剤によって、前記マイクロスケールの構造体を前記グローブに接着するステップを含む、請求項34に記載の方法。
【請求項３９】
前記物体は、衣類であり、前記マイクロスケールの構造体を前記グローブに連結させるステップは、前記マイクロスケールの構造体を前記グローブに溶着させるステップを含む、請求項34に記載の方法。
【請求項４０】
前記物体は、グローブであり、前記マイクロスケールの構造体を前記グローブに連結させるステップは、複数の前記マイクロスケールの構造体を前記グローブに連結させるステップを含み、前記複数のマイクロスケールの構造体のうちの少なくとも1つは、前記複数のマイクロスケールの構造体のうちの第2のもののマイクロエレメントの配向とは異なる配向で配設されているマイクロエレメントを含む、請求項34に記載の方法。
【請求項４１】
前記鋳造材料が硬化した後に、前記マイクロスケールの構造体を前記モールドから除去するステップと、
前記マイクロスケールの構造体を衣類の中へ形成するステップと
をさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項４２】
前記衣類は、グローブである、請求項41に記載の方法。
【請求項４３】
前記ファブリックメッシュは、衣類の一部分である、請求項16に記載の方法。
【請求項４４】
前記ファブリックメッシュは、グローブの一部分である、請求項16に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2014年12月10日に出願された「POLYMER MICROWEDGES AND METHODS OF MANUFACTURING, TESTING AND APPLICATION」という標題の米国仮出願第62/090,337号、および、2014年12月10日に出願された「DURABLE MICRO/NANO MOLD FABRICATION TECHNIQUES」という標題の米国仮出願第62/090,265号に対して、米国特許法第119条(e)の下での優先権を主張しており、それらのそれぞれは、すべての目的のために、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本明細書で開示されている態様および実施形態は、概して、人工の乾燥接着微細構造体、ならびに、それを作製するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ヤモリは、滑らかな垂直方向の壁部を登るその能力、および、さらには、滑らかな表面から自分自身を吊り下げるその能力で知られている。この能力は、剛毛と呼ばれる弾性的な毛の存在から生じており、それは、ヤモリの足およびつま先の上の、スパチュラと呼ばれるナノスケールの構造体に分割されている。これらのスパチュラが多数存在していること、および、これらのスパチュラの表面に近接することは、ファンデルワールス力が、単独で、ヤモリが滑らかな垂直方向の壁部を登るために必要とされる接着強度を提供することを十分にする。研究者たちは、ヤモリの足の自然の接着特性を模倣する、ときには「ヤモリ接着剤」と称される人工の構造体を生成させることに発想を得てきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第13/451,713号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第1の態様によれば、埋め込まれたファブリックを含むマイクロスケールの構造体を鋳造するためのモールドが提供される。モールドは、第1の深さを有する第1のキャビティーを含む上側表面と、第1のキャビティーの表面の中に画定されたマイクロスケールの構造体のアレイのための第1のネガティブパターンと、第1のキャビティーの中に配設されているファブリック保持フレームとを含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、モールドは、第2の深さを有する少なくとも1つの第2のキャビティーをさらに含み、少なくとも1つの第2のキャビティーは、マイクロスケールの構造体のアレイのための第1のネガティブパターンの外側のキャビティーの中に画定されており、少なくとも1つの第2のキャビティーは、マイクロスケールの構造体のスタンドオフのための第2のネガティブパターンを画定している。いくつかの実施形態では、マイクロスケールの構造体のアレイのためのネガティブパターンは、第2の深さよりも大きい深さまで、モールドの中へ延在している。
【０００７】
いくつかの実施形態では、モールドは、剥離剤によって少なくとも部分的にコーティングされ、モールドとマイクロスケールの構造体のための鋳造材料との間の接着を低減させる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、モールドは、第1のキャビティーが画定されているワックス部分を含む。ワックス部分は、マシニングワックスを含むことが可能である。モールドは、ベースプレートと、ワックス部分の側壁部のテーパーに対応するテーパー付きの表面を有しており、ワックス部分をベースプレートに固定するように構成されている、リテーナーとをさらに含むことが可能である。
【０００９】
いくつかの実施形態では、モールドは、エポキシから形成されている。
【００１０】
いくつかの実施形態では、マイクロスケールの構造体のアレイは、マイクロウェッジのアレイを含む。マイクロウェッジのアレイの中のマイクロウェッジは、マイクロウェッジのベースによって画定される平面に対して約30度から約70度の間の角度で配設されている中心線を含むことが可能である。マイクロウェッジのアレイの中のマイクロウェッジは、マイクロウェッジのベースによって画定される平面に対して約20度から約65度の間の角度で配設されている前縁部を含むことが可能である。マイクロウェッジのアレイの中のマイクロウェッジは、マイクロウェッジのベースによって画定される平面に対して約35度から約85度の間の角度で配設されている後縁部を含むことが可能である。
【００１１】
いくつかの実施形態では、マイクロウェッジは、マイクロウェッジの前縁部と隣接するマイクロウェッジの後縁部との間に画定されるリエントラント(re-entrant)スペースを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、マイクロウェッジは、約80μmから約120μmの間の高さを有し、また、約20μmから約40μmの間の幅を有するベースを有している。マイクロウェッジのアレイの中のマイクロウェッジは、約120μmから約160μmの間の長さを有することが可能である。
【００１３】
別の態様によれば、モールドの中でマイクロスケールの構造体を鋳造する方法が提供される。方法は、モールドの上側表面の中の第1のキャビティーの中にマイクロスケールの構造体のためのネガティブパターンを含むモールドを提供するステップと、ネガティブパターンの上に鋳造材料を堆積させるステップと、第1のキャビティーの中の鋳造材料の中にファブリックメッシュを配設するステップと、鋳造材料を硬化させるステップとを含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、モールドを提供するステップは、マイクロスケールの構造体のためのネガティブパターンの外側の第1のキャビティーの中に配設されているスタンドオフキャビティーを備えるモールドを提供するステップをさらに含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、鋳造材料の中にファブリックメッシュを配設するステップは、第1のキャビティーの中にファブリックメッシュを保持するフレームを配設するステップを含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、方法は、モールドの一部分をリテーナーによってベースプレートに固定するステップをさらに含み、リテーナーは、モールドの一部分の側壁部に接触しており、また、側壁部のテーパーに対応するテーパー付きの表面を有している。
【００１７】
いくつかの実施形態では、方法は、減摩剤を第1のキャビティーに適用するステップと、第1のキャビティーの中にマイクロスケールのパターンを機械加工するステップと、第1のキャビティーから減摩剤を洗浄するステップとを含むプロセスによって、マイクロスケールの構造体のためのネガティブパターンを画定するステップをさらに含む。
【００１８】
いくつかの実施形態では、方法は、上側表面を剥離剤によって少なくとも部分的にコーティングするステップをさらに含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、方法は、鋳造材料の硬化の間に、鋳造材料に圧力を印加するステップをさらに含む。
【００２０】
いくつかの実施形態では、方法は、ファブリックメッシュを鋳造材料の中に押し込むステップをさらに含む。
【００２１】
いくつかの実施形態では、方法は、鋳造材料が硬化した後に、マイクロスケールの構造体をモールドから除去するステップと、マイクロスケールの構造体を除去した後に、モールドを検査するステップとをさらに含む。方法は、モールドが損傷したということを決定することに応答して、モールドを再調整するステップをさらに含むことが可能である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、マイクロスケールの構造体は、複数のマイクロスケールのエレメントおよび1つまたは複数のスタンドオフを含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、方法は、複数のマイクロスケールのエレメントの上側縁部の上に、滑らかさを強化する構造体を形成するステップをさらに含む。複数のマイクロスケールのエレメントの上側縁部の上に滑らかさを強化する構造体を形成するステップは、インキング(inking)プレートの上側表面の上に液体ポリマーの層を堆積させるステップと、液体ポリマーに接触している状態で、インキングプレートの上にマイクロスケールの構造体を設置するステップと、マイクロスケールの構造体をインキングプレートから除去するステップとを含むことが可能である。方法は、インキングプレートの上側表面に接触している状態に1つまたは複数のスタンドオフを設置するステップをさらに含むことが可能である。方法は、マイクロスケールの構造体をインキングプレートの上に設置する前に、複数のマイクロスケールのエレメントの上側縁部をプラズマによって処理するステップをさらに含むことが可能である。方法は、インキングプレートの上側表面の上に液体ポリマーの層を堆積させる前に、液体ポリマーをフィルターに通すステップをさらに含むことが可能である。方法は、複数のマイクロスケールのエレメントの上側縁部の上に配設されている液体ポリマーを含むマイクロスケールの構造体をメサ(mesa)プレートの上に設置するステップと、複数のマイクロスケールのエレメントの上側縁部がメサプレートに接触している間に、液体ポリマーを硬化させるステップとをさらに含むことが可能である。
【００２４】
いくつかの実施形態では、方法は、鋳造材料が硬化した後に、マイクロスケールの構造体をモールドから除去するステップと、マイクロスケールの構造体を物体に連結させるステップとをさらに含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、物体は、衣類であり、方法は、機械的な締結具によって、マイクロスケールの構造体を衣類に連結させるステップを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、方法は、マイクロスケールの構造体を衣類に縫合するステップを含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、物体は、グローブである。
【００２８】
いくつかの実施形態では、物体は、衣類であり、マイクロスケールの構造体をグローブに連結させるステップは、接着剤によって、マイクロスケールの構造体をグローブに接着するステップを含む。
【００２９】
いくつかの実施形態では、物体は、衣類であり、マイクロスケールの構造体をグローブに連結させるステップは、マイクロスケールの構造体をグローブに溶着させるステップを含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、物体は、グローブであり、マイクロスケールの構造体をグローブに連結させるステップは、複数のマイクロスケールの構造体をグローブに連結させるステップを含み、複数のマイクロスケールの構造体のうちの少なくとも1つは、複数のマイクロスケールの構造体のうちの第2のもののマイクロエレメントの配向とは異なる配向で配設されているマイクロエレメントを含む。
【００３１】
いくつかの実施形態では、方法は、鋳造材料が硬化した後に、マイクロスケールの構造体をモールドから除去するステップと、マイクロスケールの構造体を衣類の中へ形成するステップとをさらに含む。
【００３２】
いくつかの実施形態では、衣類は、グローブである。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ファブリックメッシュは、衣類の一部分である。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ファブリックメッシュは、グローブの一部分である。
【００３５】
添付の図面は、実寸通りに描かれることを意図していない。図面において、さまざまな図に図示されているそれぞれの同一のまたはほぼ同一のコンポーネントは、同様の参照数字によって表されている。明確化の目的のために、すべてのコンポーネントが、すべての図面においてラベルを付されているわけではないという可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】マイクロエレメントのパターンを含むマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の一部分の立面図である。
【図１Ｂ】図1Aのマイクロスケールの乾燥接着構造体の中で使用され得るマイクロウェッジの実施形態の拡大した立面図である。
【図２Ａ】図1Aのマイクロスケールの乾燥接着構造体の中で使用され得るマイクロエレメントの実施形態の拡大した立面図である。
【図２Ｂ】図1Aのマイクロスケールの乾燥接着構造体の中で使用され得るマイクロエレメントの別の実施形態の拡大した立面図である。
【図３】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態のマイクロウェッジの端部の上に形成されたリップを図示する図である。
【図４Ａ】支持構造体に装着されているマイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドの実施形態の等角図である。
【図４Ｂ】図4Aのモールドの断面図である。
【図５Ａ】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドの実施形態を形成する方法の一部分の中で形成された構造体を図示する図である。
【図５Ｂ】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドの実施形態を形成する方法の一部分の中で形成された構造体を図示する図である。
【図５Ｃ】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドの実施形態を形成する方法の一部分の中で形成された構造体を図示する図である。
【図６Ａ】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドの実施形態をクリーニングする行為を図示する図である。
【図６Ｂ】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドの実施形態をクリーニングする別の行為を図示する図である。
【図７Ａ】マイクロスケールの乾燥接着構造体をローラーによってリジッドプレートの上に堆積させるための方法の実施形態を図示する図である。
【図７Ｂ】図7Aのリジッドプレートの上に配設されているマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図である。
【図８】リジッドプレートの上に配設されているマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図であり、ダムがマイクロスケールの乾燥接着構造体の周りに形成されていることを図示する図である。
【図９】液体ポリマーまたはエポキシが、ダムによって画定されているエリアの中で、マイクロスケールの乾燥接着構造体およびリジッドプレートの上に堆積させられている、図8の構造体を図示する図である。
【図１０】図9に図示されている液体ポリマーまたはエポキシの表面の上に配設されている、プラスチックラップの中に包まれているリジッドプレートの実施形態を図示する図である。
【図１１】図10のリジッドプレートの上に配設されているウェイトを図示する図である。
【図１２】硬化した後の、ならびに、図11に図示されているウェイト、ダム、およびリジッドプレートを除去した後の、マイクロスケールの乾燥接着構造体およびリジッドプレートの上に堆積させられているポリマーまたはエポキシを図示する図である。
【図１３】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドを形成するために、図12のマイクロスケールの乾燥接着構造体およびリジッドプレートから除去された、硬化したポリマーまたはエポキシを図示する図である。
【図１４】バックプレートの上に配設されており、プレーティングフィクスチャー(plating fixture)の上に装着されている、マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態を図示する図である。
【図１５】接着層および剥離層によってコーティングされた、図14のマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図である。
【図１６】伝導性のシード(seed)層によってコーティングされた、図15のマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図である。
【図１７】図16のマイクロスケールの乾燥接着構造体の上にて電着された金属構造体を図示する図である。
【図１８】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドを形成するために、マイクロスケールの乾燥接着構造体およびプレーティングフィクスチャーから除去された、図17の金属構造体を図示する図である。
【図１９】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドを機械加工する方法の実施形態を図示する図である。
【図２０Ａ】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態をモールドの上に形成するための材料を堆積させるステップを図示する図である。
【図２０Ｂ】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態を図20Aのモールドの中に形成するための材料の上に、剥離層の中に包まれている圧縮プレートを設置するステップを図示する図である。
【図２０Ｃ】図20Bの圧縮プレートの上にウェイトを設置するステップを図示する図である。
【図２０Ｄ】図20Aのモールドの中の硬化した材料から圧縮プレートを除去するステップを図示する図である。
【図２０Ｅ】図20Aのモールドの中の硬化した材料から剥離層を除去するステップを図示する図である。
【図２０Ｆ】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態を得るために、図19Aのモールドから、硬化した材料を除去することを図示する図である。
【図２１Ａ】マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのワックスモールドの実施形態を図示する図である。
【図２１Ｂ】損傷したワックスモールドの実施形態を図示する図である。
【図２２Ａ】マイクロスケールの乾燥接着構造体をローラーによってリジッドプレートの上に堆積させるための方法の実施形態を図示する図である。
【図２２Ｂ】図22Aのリジッドプレートの上に配設されているマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図である。
【図２３】インキングプレートの実施形態を図示する図である。
【図２４】図23のインキングプレートの上に配設されている、図22Aのリジッドプレートの上に配設されたマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図である。
【図２５】硬化プレートの実施形態の上に配設されている、図22Aのリジッドプレートの上に配設されたマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図である。
【図２６】メサ硬化プレートの実施形態の上に配設されている、図22Aのリジッドプレートの上に配設されたマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図である。
【図２７Ａ】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の中へ組み込まれ得るファブリックメッシュの実施形態を図示する図である。
【図２７Ｂ】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の中へ組み込まれ得るファブリックメッシュの別の実施形態を図示する図である。
【図２７Ｃ】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の中へ組み込まれ得るファブリックメッシュの別の実施形態を図示する図である。
【図２８Ａ】ファブリックメッシュを組み込んでいるマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態を図示する図である。
【図２８Ｂ】ファブリックメッシュを組み込んでいるマイクロスケールの乾燥接着構造体の別の実施形態を図示する図である。
【図２９】ファブリックメッシュを保持するフレームを含む、マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドを図示する図である。
【図３０】剥離層の中に包まれているリジッドプレート、および、マイクロスケールの乾燥接着構造体の中へ鋳造されている材料を含むモールドの上に配設されているファブリックメッシュを図示する図である。
【図３１】グローブに連結されているマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態を含むパッチを図示する図である。
【図３２】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態を含むパッチが連結され得る着用可能なアイテムの代替的な場所を図示する図である。
【図３３Ａ】パッチに連結されているマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態を含むパッチを有するハンドグリップを備えた拳銃を図示する図である。
【図３３Ｂ】パッチに連結されているマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態を含むパッチを有するハンドグリップを備えたライフルを図示する図である。
【図３４】グローブおよび物体に連結されている相補的なマイクロスケールの乾燥接着構造体を図示する図である。
【図３５】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の中のマイクロエレメントとして利用され得るマイクロピラーアレイの実施形態を図示する図である。
【図３６】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の中のマイクロエレメントとして利用され得るマイクロタワーアレイの実施形態を図示する図である。
【図３７】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の中のマイクロエレメントとして利用され得るマイクロカラムアレイの実施形態を図示する図である。
【図３８】マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の中のマイクロエレメントとして利用され得るマイクロカラムアレイの別の実施形態を図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本明細書で開示されている態様および実施形態は、以下の説明に述べられているか、または、図面に図示されている構成の詳細およびコンポーネントの配置に対する用途に限定されない。本明細書で開示されている態様および実施形態は、さまざまな方式で実践または実施され得る。また、本明細書で使用されている表現および専門用語は、説明の目的のためのものであり、限定としてみなされるべきではない。本明細書での「含む(including)」、「含む(comprising)」、「有する」、「含有する」、「含む(involving)」、および、その変化形の使用は、その後に列挙されているアイテムおよびその均等物、ならびに、追加的なアイテムを包含することを意味している。
【００３８】
マイクロスケールの乾燥接着構造体
本明細書で開示されている態様および実施形態は、概して、新規な人工の「乾燥接着」構造体(乾燥接着という用語は、接着および/または摩擦の両方を強化する構造体を含む)の形成、ならびに、それを作製するための方法および装置に関する。本明細書で開示されている接着および/または摩擦を強化する構造体は、マイクロスケールのエレメント、たとえば、約100μm未満の特徴的寸法を有するエレメントを含むことが可能であり、したがって、本明細書でマイクロスケールの乾燥接着構造体と称される。マイクロエレメントのパターンを含むマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の例が、図1Aに図示されている。マイクロスケールの乾燥接着構造体1は、バッキング15の上に配設されている複数のマイクロエレメント、すなわち、マイクロウェッジ10を含む。マイクロウェッジ10は、約80μmから約120μmの間の高さh、および、約20μmから約40μmの間の幅を有するベースb、および、約120μmから約160μmの間の長さを有することが可能である。図1Aに図示されているように、マイクロウェッジは、前縁部10lを含むことが可能であり、前縁部10lは、バッキング15の上側表面15sまたはマイクロウェッジのベースによって画定される線または平面pから約20度から約65度の間の角度Γで角度を付けられている。マイクロウェッジは、後縁部10tを含むことが可能であり、後縁部10tは、線または平面pから約35度から約85度の間の角度αで角度を付けられている。マイクロウェッジは、中心線lを含むことが可能であり、中心線lは、マイクロウェッジを二等分しており、また、中心線lは、線または平面pから約30度から約70度の間の角度βで角度を付けられている。
【００３９】
マイクロウェッジ10は、それらの中心線lに対して非対称のテーパーを有することが可能である。マイクロウェッジ10の先端部tは、隣接するマイクロウェッジ10の前縁部10lにわたって延在することが可能であり、また、隣接するマイクロウェッジは、リエントラントスペース10rを画定することが可能であり、リエントラントスペース10rは、第1のマイクロウェッジの後縁部10tの下方、かつ、第1のマイクロウェッジ10に隣接する第2のマイクロウェッジ10の前縁部10lの上方に画定されている。これらの寸法および角度範囲は例であり、また、本明細書で開示されている態様および実施形態は、これらの特定の寸法または角度を有するマイクロウェッジ構造体に限定されない。
【００４０】
本明細書で開示されているマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態は、ポリマー、たとえば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、別のシリコーン、ポリウレタン、または別のポリマー材料から形成され得る。本明細書で開示されている接着構造体の実施形態が形成され得るポリウレタンの特定の例は、BJB Enterprisesから市販されているM-3160A/BポリウレタンおよびL-3560A/Bポリウレタンを含む。いくつかの実施形態では、本明細書で開示されているマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態が形成され得る材料は、約40から約60の間のShore A硬度を示す。
【００４１】
いくつかの実施形態では、マイクロスケールの乾燥接着構造体1のマイクロウェッジ10は、図2A、図2Bに図示されているように、および、図3の顕微鏡写真に図示されているように、接着および/または摩擦を強化する層20(以降では「強化層20」)を形成するマイクロウェッジの先端部の上に硬化材料の追加層を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、強化層20は、マイクロウェッジ10よりも滑らかな表面を有しており、また、マイクロウェッジに追加され、マイクロウェッジ10の先端部tに近接するマイクロウェッジの部分の滑らかさを増加させることが可能である。強化層20は、エラストマー材料から形成され得る。強化層20は、マイクロウェッジ10の残部と同じ材料から形成され得るが、いくつかの実施形態では、マイクロウェッジ10の残部のものとは異なる材料から形成され得る。強化層20は、図2A、図2B、および図3に図示されているように、滑らかな表面を有することが可能であるが、他の実施形態では、たとえば、リッジ、カラム、または、他のパターンによってパターン化され得る。いくつかの実施形態では、強化層20は、マイクロウェッジ10の前縁部10lの一部分のみの上に存在していることが可能であり、または、他の実施形態では、マイクロウェッジ10の後縁部10tおよび前縁部10lの両方の上に存在することが可能である(図2B)。強化層20は、強化層20およびマイクロウェッジ10の交差部におけるリップにおいて終端することが可能であり、たとえば、それがマイクロウェッジ10に移行するときに、強化層20の底部における図3に図示されているステップにおいて終端することが可能である。
【００４２】
いくつかの実施形態では、個々のマイクロウェッジ10のベースbは、図1Aに図示されているように、たとえば、約0μmから約30μmだけ、互いに間隔を置いて配置され得、また、他の実施形態では、たとえば、図2Bに図示されているように、第1のマイクロウェッジの前縁部10lは、マイクロウェッジ10のベースbにおいて、第1のマイクロウェッジ10に隣接する第2のマイクロウェッジ10の後縁部10tに交差することが可能である。
【００４３】
いくつかの実施形態では、マイクロスケールの乾燥接着構造体は、リジッドベース基板の上に装着され得、たとえば、炭素繊維および合板の層を含む基板の上に装着され得、強化された機械的な剛性を有するマイクロスケールの乾燥接着構造体を提供し、および/または、実質的に同じ平面の中にマイクロウェッジ10を維持する。
【００４４】
いくつかの実施形態では、図1〜図3に図示されているようなマイクロスケールの乾燥接着構造体は、マイクロマシニングプロセスによって、たとえば、マイクロウェッジを形成するためにサポートまたは他の基板の表面から材料をカットすることによって、形成され得る。マイクロスケールの乾燥接着構造体のいくつかの実施形態の中に含まれ得る多数のマイクロウェッジに起因して(数千から数百万)、シリアルマイクロマシニングプロセスは、多数のマイクロスケールの乾燥接着構造体の生産に関して実用的であるためには遅すぎる可能性がある。他の実施形態では、図1〜図3に図示されているようなマイクロスケールの乾燥接着構造体は、半導体産業において知られているようなマイクロリソグラフィーおよびエッチング技法を使用して形成され得る。しかし、そのようなマイクロリソグラフィーおよびエッチング技法は、複雑でコストがかかることが多く、また、いくつかの実装形態において望まれるようなリエントラントプロファイルを有するマイクロウェッジアレイを製作するのに困難である可能性がある。したがって、成形することによってマイクロスケールの乾燥接着構造体を形成することに関するプロセスが開発されてきた。
【００４５】
マイクロスケールの乾燥接着構造体のためのワックスモールド
いくつかの実施形態では、ワックスモールドが、マイクロスケールの乾燥接着構造体の生産のために利用され得る。そのような実施形態では、ワックスモールドベースは、たとえば、金属製のモールド、たとえば、アルミニウムモールドの中に鋳造することによって、所望のサイズおよび形状に形成され、また、ネガティブマイクロエレメントパターンが、たとえば、ミクロトームブレードまたは他のマイクロマシニングツールを使用して、ワックスモールドの上側表面の中に形成されている。マイクロスケールの乾燥接着構造体がそれから形成されることを望まれる材料、たとえば、PDMS、シリコーン、またはウレタン材料が、モールドに適用され、硬化することを許容される。硬化した後に、硬化材料は、モールドから除去され、ポジティブマイクロエレメントパターンが、モールドに接触していた材料の表面の上に形成される。
【００４６】
マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのワックスモールドおよび支持構造体の例が、図4Aおよび図4Bに図示されている。ワックスモールドは、錐台、たとえば、台形断面を有する角錐台として形成されているワックスセクション25を含む。ワックスモールドのワックスセクション25は、マシニストワックス、または、特定の実装形態に関して適切な別の材料から形成され得る。マシニングワックスまたはマシナブルワックスとしても知られるマシニストワックスは、高い融点を有するハードワックスであり、それは、高分解能の詳細を備えた例外的な機械加工特性を達成するように調合されている。いくつかの実施形態では、エポキシまたはポリウレタンが、エポキシまたはポリウレタンが硬化するとワックスモールドから剥離することを提供するためのシーラーまたは剥離剤を必要とすることなく、マシナブルワックスから形成されたモールドの表面の上に直接的に注がれ得る。マシナブルワックスのいくつかの調合は、約Shore D45から約Shore D58の範囲にある硬度等級を有することが可能である。いくつかの実施形態では、マシナブルワックスは、パラフィン、ポリエチレン、および、随意的に、所望の特性、たとえば、マシナブルワックスの硬度に応じて調節される、さまざまな成分の相対量を有する1つまたは複数の追加的な成分から調合されている。他の実施形態では、ワックスセクション25は、切頭円錐形の形状で、または、1つもしくは複数のテーパー付きの側壁部を有する任意の他の形状で形成され得る。
【００４７】
ワックスモールドは、ベースプレート30をさらに含み、ワックスセクション25は、ウィンドウフレーム形状のリテーナー35によって、ベースプレート30に固定されている。リテーナー35は、ワックスモールドのワックスセクション25の側部のテーパーに対応するテーパーを備えたテーパー付きの表面40を有している。リテーナー35は、1つまたは複数の締結具45によって、たとえば、ボルト、スクリュー、または、当技術分野で公知の他の締結具によって、ベースプレートに固定されている。リテーナー35は、ワックスモールドのワックスセクション25の側壁部と整合し、マイクロスケールの乾燥接着構造体の機械加工および鋳造のために、ワックスモールドのワックスセクション25をベースプレート30に固定している。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ワックスセクション25は、液体形態でベースプレート30の上に直接的に堆積させられ、リテーナー35と同様の形状を有するモールドによって取り囲まれているが、ワックスセクション25の上側表面55のレベルまで延在する高さを有しており、冷却および硬化することを許容される。次いで、モールドは除去され、リテーナー35がベースプレート30に取り付けられ、ワックスセクション25をベースプレートの上の適切な場所に保持する。
【００４９】
他の実施形態では、ワックスセクション25は、ベースプレート30に接触しない状態でモールドの中に形成され得、また、ワックスモールドのワックスセクション25の下側表面50は、ベースプレート30の上に装着する前に、滑らかにされまたは平面化され、下側表面50とベースプレート30との間のギャップを最小化または排除することが可能であり、ギャップは、パターンがワックスモールドのワックスセクション25の上側表面55の中へカットされるとき、および/または、ワックスモールドのワックスセクション25の上にマイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造する間に、ワックスモールドのワックスセクション25が変形することを提供する可能性がある。追加的にまたは代替的に、液体ワックスの層は、ワックスモールドのワックスセクション25の下側表面50の上に提供され、および/または、ワックスモールドのワックスセクション25がベースプレート30に装着されているときに、ベースプレート30の上に提供され、ワックスモールドのワックスセクション25の下側表面50の上の任意のギャップまたは表面粗さの中に充填することが可能である。
【００５０】
ワックスモールドのワックスセクション25がベースプレート30に固定されると、ネガティブマイクロエレメントアレイパターン、たとえば、マイクロウェッジのアレイに関するパターンが、ミクロトームまたは他のマイクロマシニングツールを使用して、上部表面55の上に形成され得る。減摩剤または潤滑剤、たとえば、洗浄剤および水の混合物(たとえば、Colgate-Palmoliveから市販されているAjax(登録商標)液体食器洗い洗剤および水の混合物)が、マイクロエレメントアレイパターンの形成の間に、ワックスモールドのワックスセクション25の上部表面55に適用され、ミクロトームまたは他のマイクロマシニングツールをワックスモールドのワックスセクション25の中へ挿入することを支援し、および/または、ミクロトームまたは他のマイクロマシニングツールをワックスモールドのワックスセクション25から除去することを支援することが可能である。減摩剤または潤滑剤は、減摩剤または潤滑剤の使用なしに機械加工されたフィーチャーと比較して、ワックスセクション25を機械加工するために使用されるマイクロマシニングツールとの間の摩擦を低減させ、また、機械加工されたフィーチャーの表面粗さを低減させる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、マイクロエレメントアレイパターンは、ワックスモールドの上に形成されたマイクロスケールの乾燥接着構造体の中に形成されることとなるスタンドオフを提供するフィーチャーとともに、ワックスモールドのワックスセクション25の中に機械加工される。これの例が、図5A〜図5Cに図示されている。図5A〜図5Cならびに図6Aおよび図6Bは、実質的に垂直方向の側部を有するワックスセクション25を備えたモールドを図示しているが、しかし、図4Aおよび図4Bに図示されているものなどのような、テーパー付きの側部を有するワックスセクション25を備えたモールドも代替的に使用され得るということが認識されるべきである。図5Aでは、機械加工されていないワックスモールドのワックスセクション25が、ベースプレート30またはフレームの上に配設されるように図示されている。第1の機械加工行為において、ワックスモールドのワックスセクション25の上部表面55の概して中央の領域55cが、ワックスモールドから形成されることとなるマイクロスケールの乾燥接着構造体のバッキング15を収容するための第1の凹部60と、ワックスモールドから形成されることとなるマイクロウェッジ接着構造体の上のスタンドオフを形成するための1つまたは複数のより深い凹部65とを含むように機械加工される。次いで、マイクロエレメント(たとえば、マイクロウェッジ)のためのパターン70が、ワックスモールドの上部表面55の(第1の中央領域55cの中の)第2の中央領域55dの中に形成される。パターン70は、凹部65よりも深く、ワックスモールドのワックスセクション25の中へ延在している。パターン70は、図1Bを参照して上記に議論されているポジティブマイクロウェッジ10と同じまたは同様の寸法および角度を有するネガティブマイクロウェッジパターンであることが可能である。
【００５２】
ワックスモールドのワックスセクション25の上部表面55の上にマイクロエレメントアレイパターン70を形成した後に、ワックスモールドは、残留した界面活性剤を除去するようにクリーニングされ得る。図6Aに示されているように、モールドクリーニング動作の1つの実施形態では、機械加工されたワックスモールドのワックスセクション25を含むベースプレート30が、シンク80の中のウォッシュタブ75の中にある角度で設置されている。室温であり得るか、または、ワックスの融点より下で加熱され得る、脱イオン(DI)水85が、ウォッシュタブ75の中へ流され、ワックスモールドをすすぐ。DI水85は、ワックスモールドのすすぎの間に、ウォッシュタブ75からシンク80の中へオーバーフローする。ワックスモールドは、約20分にわたって、または、流出水が界面活性剤の泡のない状態できれいであることが確認されるまで、DI水によってすすがれる。すすぎが完了すると、ワックスモールドがウォーターバスから除去され、水がウォッシュタブ75およびシンク80から排出される。次いで、ワックスモールドは、ウォッシュタブ75に戻される。ワックスモールドは、タブ75の内側に平坦に置かれているのとは対照的に、ほとんど立ち上がっているように、一方の端部の上に腰掛けられるように設置されるべきである。図6Bに示されているように、イソプロパノール90、たとえば、約500mLのイソプロパノールが、ワックスモールドを横切って流される。ワックスモールドは、低い圧力N2でブローされて乾燥させられ、(マイクロエレメントまたはマイクロウェッジ方向に沿って)ワックス表面を横切ってある角度に方向付けされた状態にN2を維持する。
【００５３】
ワックスモールドの機械加工および/または洗浄の後に、ワックスモールドの機械加工された上側表面55は、剥離剤57によってコーティングされ得(図5Cに図示されている)、剥離剤57は、硬化したマイクロスケールの乾燥接着構造体をワックスモールドから剥離することを促進させることとなる。剥離剤は、たとえば、REPEL-SILANE(商標)剥離剤(複数の供給業者から市販されている、オクタメチルシクロオクタシランの中に溶解されたジメチルジクロロシランの2%溶液)、または、当技術分野で公知の別の剥離剤であることが可能である。
【００５４】
マイクロスケールの乾燥接着構造体のためのポリマー/エポキシモールド
いくつかの実装形態では、上記に説明されているようなワックスから形成されたモールドよりも耐久性のある、マイクロウェッジ接着構造体のためのモールドを提供することが望ましい可能性がある。モールドが劣化の兆候を示し始め、再調整または交換を必要とする前に、ワックスモールドと比較して、耐久性のあるモールドから鋳造され得るマイクロスケールの乾燥接着構造体がより多数であることに起因して、マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するために耐久性のあるモールドを使用することは、ワックスモールドの使用よりも大量の製造を促進させることが可能である。したがって、本明細書で開示されているいくつかの態様は、マシニストワックスよりも強力な材料から形成される、マイクロスケールの乾燥接着構造体の鋳造のための耐久性のあるモールドを含み、また、それを形成する方法を含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、本明細書で説明されているようなマイクロスケールの乾燥接着構造体の鋳造のためのモールドは、硬質ポリマー、たとえば、エポキシを含むことが可能であり、または、それから構成され得る。1つの特定の実施形態では、マイクロスケールの乾燥接着構造体の鋳造のためのモールドは、CONATHANE(登録商標)エポキシおよび/またはCONAPOXY(登録商標)エポキシ、たとえば、Cytec,Inc.から市販されている低収縮性のエポキシを含むことが可能であり、または、それから構成され得る。
【００５６】
マイクロスケールの乾燥接着構造体の鋳造のためのエポキシモールドを形成するために、公知の良好なマイクロスケールの乾燥接着構造体1、たとえば、上記に説明されているようなワックスモールドの中に形成されるマイクロスケールの乾燥接着構造体1が、リジッドプレート120、たとえば、ガラスプレートまたは他の形態のリジッド平坦プレートに接着させられる。図7Aおよび図7Bに図示されているように、柔軟層135、たとえば、ネオプレンによってカバーされたリジッドチューブ130を含むローラー125が、マイクロスケールの乾燥接着構造体1をリジッドプレート120に適用するために使用され得、マイクロスケールの乾燥接着構造体1がリジッドプレート120に適用されるときにマイクロスケールの乾燥接着構造体1を強く押し、マイクロスケールの乾燥接着構造体1とリジッドプレート120との間の気泡の形成を最小化する。マイクロスケールの乾燥接着構造体1は、静電引力によって、ファンデルワールス力によって、または、一時的な接着剤、たとえば、REVALPHA(商標)熱剥離テープの使用によって、リジッドプレート120に接着することが可能である。
【００５７】
公知の良好なマイクロスケールの乾燥接着構造体1がリジッドプレート120に接着させられた後に、材料、たとえば、シリコーンまたはPDMSのダム200が、リジッドプレート120の上において、マイクロスケールの乾燥接着構造体1の周りに形成される(図8)。随意的に、REVALPHA(商標)熱剥離テープまたは別の剥離剤が、ダム200を形成する前に、または、ダム200をリジッドプレート120に接着する前に、リジッドプレート120の上側表面の上に配設され、エポキシモールドを形成した後に、ダム200および/またはエポキシモールドをリジッドプレート120から除去することを支援する。いくつかの実施形態では、公知の良好なマイクロスケールの乾燥接着構造体1の背面(マイクロエレメントパターンを含まない表面)は、リジッドプレート120に接着させられる前に、たとえば、O2プラズマの中でクリーニングされる。随意的に、剥離層、たとえば、REPEL-SILANE(商標)、または、蒸着されるトリクロロシランが、ダム200の境界線の中のリジッドプレート120およびマイクロスケールの乾燥接着構造体1の表面の上に堆積させられ得る。次いで、モールド材料、たとえば、ポリマーまたはエポキシ205(たとえば、CONATHANE(登録商標)エポキシおよび/またはCONAPOXY(登録商標)エポキシ)が、ダム200の境界線の中のリジッドプレート120およびマイクロスケールの乾燥接着構造体1の表面の上に注がれる(また、使用される場合には、随意的な剥離層の上に注がれる)(図9)。いくつかの実施形態では、ポリマーまたはエポキシ205は、ダム200の境界線の中のリジッドプレート120およびマイクロスケールの乾燥接着構造体1の表面の上に注ぐ前および/または後に、真空の中で脱ガスされ、ポリマーまたはエポキシ205の中の気泡を低減または排除することを促進させる。追加的にまたは代替的に、ポリマーまたはエポキシ205の硬化の間に、たとえば、図9に図示されている構造体を高い圧力環境の中に設置することによって、圧力がポリマーまたはエポキシ205に印加され、硬化したポリマーまたはエポキシ205の中の気泡を低減または排除することを促進させることが可能である。
【００５８】
いくつかの実施形態では、図10に図示されているように、随意的に剥離層215の中に包まれている、リジッドプレート210、たとえば、ガラスプレートまたは他の平坦表面が、注がれたポリマーまたはエポキシ205の上部に設置されている。剥離層215は、硬化されるときに、リジッドプレート210が硬化したポリマーまたはエポキシ205に接着することとなる場合よりも弱く、ポリマーまたはエポキシ205に接着するように選択される。他の実施形態では、剥離層215は、リジッドプレート210に接着しないように選択され、また、リジッドプレート210に接着されないときに可撓性となるように選択され、それが、リジッドプレート210が硬化したポリマーまたはエポキシ205から除去され得るときよりも容易に、硬化したポリマーまたはエポキシ205から剥がされ得るようになっている。剥離層215は、たとえば、ポリマーシート(たとえば、ポリ塩化ビニル(PVC)または低密度ポリエチレン(LDPE)のシート)、Saran(商標)プラスチックラップ、またはアルミニウムフォイルを含むことが可能であり、または、それから構成され得る。いくつかの実施形態では、リジッドプレート210は、剥離層215の中に包まれる前に、たとえば、イソプロパノールによって、(たとえば、CF4/O2プラズマの中での)プラズマクリーニングによって、または、(たとえば、H2O2/H2SO4溶液の中での)ウェットクリーニングによって、クリーニングされる。リジッドプレート210が透明または半透明である実施形態では、ダム200がリジッドプレート210を通して見ることができるまで、リジッドプレート210が押し下げられ得る。いくつかの実施形態では、注がれたポリマーまたはエポキシ205の上にリジッドプレート210を設置する前に、ローラーまたは他のデバイスが、剥離層215とリジッドプレート210との間の任意の気泡を排除するために利用される。ウェイト、たとえば、1対の5ポンドのウェイト220が、リジッドプレート210の上部に設置されている(図11)。ウェイト220は、注がれたポリマーまたはエポキシ205に圧力を印加し、硬化の間に、注がれたポリマーまたはエポキシ205の中の気泡の形成を低減または排除することを支援することが可能である。ポリマーまたはエポキシ205は、硬化するように放置される。いくつかの実施形態では、たとえば、約80℃で約16時間にわたって、または、ポリマーまたはエポキシ205層の材料および寸法に関して適切な時間および温度で、図11に示されている構造体をオーブンの中に設置することによって、熱がポリマーまたはエポキシ205に加えられ、硬化を加速させることが可能である。他の実施形態では、ポリマーまたはエポキシ205は、室温において硬化するように放置される。いくつかの実施形態では、図11に示されている構造体は、ポリマーまたはエポキシ205が硬化する間に、たとえば、約30psiから50psiの間の圧力で圧力チャンバーの中に設置され、硬化の間に、注がれたポリマーまたはエポキシ205の中の気泡の形成を低減または排除することを支援する。
【００５９】
ポリマーまたはエポキシ205が硬化した後に、ウェイト220が除去され、剥離層215がリジッドプレート210から解かれ、また、リジッドプレート210、剥離層215、およびダム200が、リジッドプレート120から除去される(図12)。たとえば、リジッドプレート120とマイクロスケールの乾燥接着構造体1との間に適用された熱剥離テープが剥離することを引き起こすのに十分な熱を適用することによって、リジッドプレート120が除去され、また、マイクロスケールの乾燥接着構造体1が、硬化したポリマーまたはエポキシ205から剥がされ、形成されたポリマーまたはエポキシモールド220を残す(図13)。形成されたポリマーまたはエポキシモールド220は、図1Bを参照して上記に議論されているポジティブマイクロウェッジ10と同じまたは同様の寸法および角度を有するネガティブマイクロウェッジパターン70を含むことが可能である。ポリマーまたはエポキシモールド220は、マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するために使用され得る。
【００６０】
マイクロスケールの乾燥接着構造体のための金属モールド
さらなる態様によれば、ポリマーまたはエポキシモールドよりも耐久性のある、マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するためのモールドが、金属または金属合金から形成され得る。いくつかの実施形態では、金属モールドは、電気鋳造、マイクロマシニング、または、その2つの組み合わせによって形成され得る。
【００６１】
マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するための金属モールドを電気鋳造するためのプロセスが、図14から始まるように図示されている。図14に図示されているように、公知の良好なマイクロスケールの乾燥接着構造体1、たとえば、米国特許出願第13/451,713号に説明されているようなワックスモールドの中に形成され、また、随意的に、バッキング基板225の上に装着されたマイクロスケールの乾燥接着構造体1が、プレーティングフィクスチャー230に固定され、および/または、プレーティングフィクスチャー230の中に固定される。いくつかの実施形態では、キャビティー235が、プレーティングフィクスチャーの中に形成され、バッキング基板225を受け入れる。
【００６２】
マイクロスケールの乾燥接着構造体1がバッキング基板225の上に装着されていない他の実施形態では、マイクロスケールの乾燥接着構造体1は、当技術分野で公知のさまざまな接着剤のいずれかを使用して、たとえば、両面粘着テープ(たとえば、REVALPHA(商標)熱剥離テープ、Nitto Denko Corporation)またはグルー(たとえば、Sil-Poxy(登録商標)シリコーンゴム接着剤、Smooth-On Inc.)を使用して、プレーティングフィクスチャー230の平坦な上側表面240に直接的に接着させられ得る。柔軟層、たとえば、ネオプレンによってカバーされたリジッドチューブを含むローラーが、マイクロスケールの乾燥接着構造体1をプレーティングフィクスチャー230に適用するために使用され得、マイクロスケールの乾燥接着構造体1がプレーティングフィクスチャー230に適用されるときにマイクロスケールの乾燥接着構造体1を強く押し、マイクロスケールの乾燥接着構造体1とプレーティングフィクスチャー230との間の気泡の形成を最小化する。
【００６３】
プレーティングフィクスチャー230は、スチール、または、任意の他のリジッドで随意的に伝導性の材料を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、たとえば、約0.027インチ(約0.06cm)だけ、マイクロスケールの乾燥接着構造体1のバッキング15は、プレーティングフィクスチャー230の上側表面240の上方に延在することが可能であり、仕上げられた金属モールドの中へ均一な0.027インチの凹部を設定し、仕上げられた金属モールドから追加的なマイクロスケールの乾燥接着構造体1のバッキング15を形成する。
【００６４】
フィレット245、たとえば、エポキシフィレットが、マイクロスケールの乾燥接着構造体1のバッキング15の側壁部とプレーティングフィクスチャー230との間の境界部250において形成され得る。エポキシフィレット245が、マイクロスケールの乾燥接着構造体1とプレーティングフィクスチャー230のキャビティー235との間に存在し得る任意のギャップを充填するために使用され、金属が任意のそのようなギャップの中に電気鋳造され、電気鋳造されたモールドの上に望ましくないフィーチャーを形成することを防止し、そうでなければ、それは、完成した電気鋳造されたモールドをプレーティングフィクスチャー230から剥離することを困難にする可能性がある。
【００６５】
図15に図示されているように、マイクロスケールの乾燥接着構造体1のマイクロエレメント10は、剥離層250によってコーティングされ得、剥離層250は、マイクロスケールの乾燥接着構造体1の上に電気鋳造された金属モールドをマイクロスケールの乾燥接着構造体1から剥離することを支援することとなる。いくつかの実施形態では、接着層255が、マイクロスケールの乾燥接着構造体1の上に最初に堆積させられ、マイクロスケールの乾燥接着構造体1への剥離層250の接着を促進させる。いくつかの実施形態では、剥離層250は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはREPEL-SILANE(商標)を含むことが可能であり、または、それから構成され得、また、接着層255は、クロムおよび/またはチタンを含むことが可能であり、または、それから構成され得る。接着層255は、たとえば、スパッタリングによって、マイクロスケールの乾燥接着構造体1の上に堆積させられ得る。たとえば、PTFEに関して、開始剤を用いた化学蒸着(iCVD)によって、または、REPEL-SILANE(商標)に関して、蒸着によって、剥離層250が、接着層255および/またはマイクロスケールの乾燥接着構造体1の上に堆積させられ得る。
【００６６】
シード金属層260、たとえば、モリブデンまたは銅の層が、剥離層250またはマイクロスケールの乾燥接着構造体1の上に堆積させられ(図16、剥離層250および接着層255は明確化のために示されていない)、金属モールドの本体部265が、たとえば、電気めっきによって、シード層260の上に形成される(図17、シード層は見ることができない)。金属モールドの本体部265は、シード層260のものと同じ金属であることが可能であり、または、異なる金属、たとえば、銅、アルミニウム、スチール、もしくは金属合金であることが可能である。
【００６７】
次いで、金属モールドは、マイクロスケールの乾燥接着構造体1およびプレーティングフィクスチャーから除去され、完成した金属モールド270を結果として生じさせる(図18)。金属モールド270が検査され得、いくつかの実施形態では、マイクロマシニング、たとえば、ダイヤモンドツールまたは他のマイクロマシニングツールを用いて、欠陥を除去し、金属モールド270の表面を滑らかにし、または、そうでなければ金属モールド270を仕上げる。いくつかの実施形態では、剥離剤、たとえば、PTFE、REPEL-SILANE(商標)、またはトリクロロシランが、金属モールド270の表面の上にコーティングされ得る。機械加工された金属モールド270は、図1Bを参照して上記に議論されているポジティブマイクロウェッジ10と同じまたは同様の寸法および角度を有するネガティブマイクロウェッジパターン70を含むことが可能である。
【００６８】
他の実施形態では、金属モールド270は、射出成形インサートとして使用され得る。金属モールド270は、バッキング基板225の反対側の位置において、射出成形装置の中に設置され得る。ポリマー材料が、金属モールド270とバッキング基板225との間のスペースの中へ注入され、単一の射出成形動作において、バッキング基板225の上に装着されたマイクロスケールの乾燥接着構造体を形成することが可能である。
【００６９】
他の実施形態では、マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するための金属モールド270は、事前製作されたマイクロスケールの乾燥接着構造体を使用することなく、金属ブロック275を直接的に機械加工することによって形成され得る。たとえば、金属ブロック275は、標準的なマイクロマシニングツール、たとえば、ツールスチールまたは多結晶ダイヤモンドストック(約直径.001"〜.010")から作製されたマイクロミリングビットによって、随意的に粗く機械加工され、所望の配向、ウェッジ角度、およびピッチを有するウェッジスタブ280のアレイを形成することが可能である。いくつかの実施形態では、隣接するウェッジ同士の間のカットアウト部は、仕上げられたモールドの中でマイクロウェッジを成形するために使用されることとなるカットアウト部よりも小さい寸法、たとえば、約10μmから約20μmの幅を有することが可能である。ダイヤモンドツールまたは他の精密仕上げツール(たとえば、炭化ケイ素またはツールスチールから形成されている)が、金属ブロック275をさらに加工し、仕上げられた微細溝285を形成し、金属モールド270を完成させるために使用され得る(図19)。追加的にまたは代替的に、3Dプリンターが、金属ブロック275の上にウェッジスタブ280のアレイを形成するために利用され得る。電気めっきは、ウェッジスタブ280の3Dプリントされたアレイの上に実施され、3Dプリンティング動作によって残された空洞を充填し、および/または、ウェッジスタブ280のアレイを滑らかにすることが可能である。ダイヤモンドツールまたは他の精密仕上げツールが、金属ブロック275をさらに加工するために使用され得、ウェッジスタブ280の3Dプリントされたアレイから仕上げられた微細溝285を形成し、金属モールド270を完成させる。代替的に、ダイヤモンドまたは他の精密仕上げツールが、スタブを最初に形成することなく、金属層の中にウェッジカットアウト部を直接的に形成するために使用され得る(より大きい摩耗がツールに生じる可能性を伴う)。
【００７０】
マイクロスケールの乾燥接着構造体の鋳造
たとえば、上記に開示されているようなワックスモールド、ポリマーモールド、エポキシモールド、または金属モールドのいずれかなどのモールドから、マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造する方法の実施形態が、図20A〜図20Fに図示されている。これらの図は、ワックスモールドのワックス部分25の上にマイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造することを図示しているが、異なる材料、たとえば、ポリマー、エポキシ、または金属から形成されたモールドからマイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するときに、実質的に同様の行為が実施されることとなるということが理解されるべきである。図20Aは、鋳造材料95、たとえば、液体形態のポリマーを図示しており、鋳造材料95からマイクロスケールの乾燥接着構造体が形成されることとなり、鋳造材料95は、ワックスモールドのワックス部分25の上部表面55の上に堆積させられる。いくつかの実施形態では、ポリマーは、PDMSを含み、または、PDMSから構成されている。他の実施形態では、ポリマーは、シリコーン、ウレタン、または、意図した実装形態に関して選択される別のポリマーを含むことが可能であり、または、それから構成され得る。ワックスモールドが利用されるいくつかの実施形態では、ワックスモールドは、図20A〜図20Fに示されているように構成されているというよりも、図4Aおよび図4Bを参照して図示および説明されているように構成され得るということが理解されるべきである。
【００７１】
図20Bに示されているように、リジッドプレート100、たとえば、剥離層105の中に包まれているガラスプレートまたは他の平坦表面が、注がれた鋳造材料95の上部に設置される。剥離層105は、硬化されるときに、リジッドプレート100が硬化したポリマー材料95に接着することとなる場合よりも弱く、ポリマー材料95に接着するように選択される。他の実施形態では、剥離層105は、リジッドプレート100に接着しないように選択され、また、リジッドプレート100に接着されないときに可撓性となるように選択され、それが、リジッドプレート100が硬化した鋳造材料95から除去され得るときよりも容易に、硬化した鋳造材料95から剥がされ得るようになっている。剥離層105は、たとえば、ポリマーシート(たとえば、ポリ塩化ビニル(PVC)または低密度ポリエチレン(LDPE)のシート)、Saran(商標)プラスチックラップ、またはアルミニウムフォイルを含むことが可能であり、または、それから構成され得る。いくつかの実施形態では、リジッドプレート100は、剥離層105の中に包まれる前に、たとえば、イソプロパノールによって、(たとえば、CF4/O2プラズマの中での)プラズマクリーニングによって、または、(たとえば、H2O2/H2SO4溶液の中での)ウェットクリーニングによって、クリーニングされる。リジッドプレート100は、ワックスモールドの上に押し下げられる。リジッドプレート100が透明または半透明である実装形態では、ワックスモールドのワックス部分25がリジッドプレート100を通して見ることができるまで、リジッドプレート100が押し下げられる。いくつかの実施形態では、注がれた鋳造材料95の上にリジッドプレート100を設置する前に、ローラーまたは他のデバイスが、剥離層105とリジッドプレート100との間の任意の気泡を排除するために利用される。ウェイト110、たとえば、5ポンドのウェイトが、リジッドプレート100の上部に設置されている(図20C)。鋳造材料95は、モールドの中に夜通し放置され、または、使用される鋳造材料95のタイプに基づいて適当な時間にわたって放置され、硬化する。いくつかの実施形態では、熱が鋳造材料95に加えられ、硬化することを加速させることが可能であるが、モールドが変形または溶融し始める点までモールドを加熱しないよう注意が払われるべきである。いくつかの実施形態では、鋳造材料95は、UV硬化型であることが可能であり、UV光がリジッドプレート100を通して(UV光に対して透明である場合)鋳造材料に適用され、硬化することを加速させることが可能である。
【００７２】
鋳造材料95が硬化した後に、ウェイト110が除去され、剥離層105がリジッドプレート100から解かれ、また、リジッドプレート100がモールドの上から除去される。(図20D)。次いで、剥離層105が、硬化した鋳造材料95およびモールドの上側表面55の上から除去される。(図20E)。次いで、硬化した鋳造材料95のパッチを一方の端部からモールドから優しく剥がすことによって、硬化した鋳造材料95が、モールドから除去され、自由になったマイクロスケールの乾燥接着構造体1を得ることが可能である。(図20F)。マイクロスケールの乾燥接着構造体1のマイクロエレメントがマイクロウェッジを含むいくつかの実施形態では、マイクロウェッジパターン70の傾きの方向に剥がすことは、硬化した鋳造材料95をモールド25から除去する行為の間に、鋳造材料95および/またはモールドに対する損傷の可能性を低減させることを促進させることが可能である。(図20Fを参照)。マイクロスケールの乾燥接着構造体1を鋳造するためにワックスモールドが利用される実装形態では、粘着テープ、たとえば、Scotch(商標)接着テープが、マイクロスケールの乾燥接着構造体1のマイクロエレメントからワックス残留物を除去するために利用され得る。
【００７３】
上記のプロセスは、モールドが劣化の兆候を示し始めるまで、同じモールドを用いて繰り返され得る。たとえば、マイクロスケールの乾燥接着構造体1を鋳造するためにワックスモールドが利用される実装形態では、モールドの劣化は、硬化した鋳造材料95をモールドから取り出すときに著しい量のワックスがモールドから引き抜かれることによって認められ得る。ワックスモールドに対する損傷は、(損傷を受けていないワックスモールドを示す図21Aと比較して)図21Bに示されているように、ワックスが引き抜かれた場所である、ワックスモールドのワックス部分25の上側表面55の中の線115として現れる可能性がある。ワックスモールドが損傷を受けたときには、上側表面55は、滑らかにされまたは研磨され得、また、新しい成形パターンが、ワックスモールドのワックス部分25の上側表面55の中へ機械加工され、したがって、再調整されたモールドが再利用され得る。いくつかの実施形態では、ワックスモールドは、再調整される前に、約3個から約8個のマイクロスケールの乾燥接着構造体を形成するために使用され得る。
【００７４】
エポキシモールド、ポリマーモールド、または金属モールドでは、鋳造したマイクロスケールの乾燥接着構造体1をモールドから取り出した後に、モールドは、マイクロスケールの乾燥接着構造体の残留材料の存在に関して検査され得る。マイクロスケールの乾燥接着構造体の残留材料がモールドの中に残されているということが観察された場合には、たとえば、ナイフまたはブラシを用いて残留材料を除去することによって、および/または、水、IPA、または、別の適当な溶媒の中でモールドを洗浄することによって、モールドはクリーニングされ得る。
【００７５】
マイクロエレメントとしてマイクロウェッジを含むマイクロスケールの乾燥接着構造体にとりわけ適切なプロセスでは、インキングのプロセスが、モールドから除去されたマイクロスケールの乾燥接着構造体のマイクロウェッジ10に強化層20を追加するために実施され得る。インキングプロセスの第1の行為において、マイクロスケールの乾燥接着構造体1が、リジッドプレート120、たとえば、ガラスプレートまたは他の形態のリジッド平坦プレートに接着させられる。いくつかの実施形態では、マイクロスケールの乾燥接着構造体1の背面(マイクロウェッジパターンを含まない表面)は、リジッドプレート120に接着させられる前に、たとえば、O2プラズマの中でクリーニングされる。図22Aおよび図22Bに示されているように、柔軟層135、たとえば、ネオプレンによってカバーされたリジッドチューブ130を含むローラー125が、マイクロスケールの乾燥接着構造体1をリジッドプレート120に適用するために使用され得、マイクロスケールの乾燥接着構造体1がリジッドプレート120に適用されるときにマイクロスケールの乾燥接着構造体1を強く押し、マイクロスケールの乾燥接着構造体1とリジッドプレート120との間の気泡の形成を最小化する。マイクロスケールの乾燥接着構造体1は、静電引力によって、ファンデルワールス力によって、または、一時的な接着剤、たとえば、REVALPHA(商標)熱剥離テープの使用によって、リジッドプレート120に接着することが可能である。
【００７６】
REPEL-SILANE(商標)剥離剤145または別の剥離コーティングの随意的な層を、プレート150、たとえば、シリコンウエハーに適用することによって、および、次いで、液体ポリマー155の層、たとえば、PDMS、シリコーン、ウレタン、または別のポリマーの層を、剥離剤145の層の上に適用することによって、インキングプレート140が形成される。(図23)。いくつかの実施形態では、液体ポリマーは、剥離剤145の層の上に適用する前にフィルターを通され、液体ポリマーから微粒子を除去する。剥離剤145の随意的な層は、いくつかの単分子層厚さ(REPEL-SILANE(商標)に関して)であることが可能であり、または、他の剥離コーティングに関して、約10nmから約100nmの間の厚さになっていることが可能である。液体ポリマー155の層は、約50nmから約500nmの間の厚さになっていることが可能である。
【００７７】
マイクロスケールの乾燥接着構造体1のマイクロウェッジ10の上に強化層20を形成するために、リジッドプレート120の上に装着されたマイクロウェッジ接着構造体1が、インキングプレート140の上に設置され、マイクロスケールの乾燥接着構造体1のマイクロウェッジ10が、液体ポリマー155の層に接触している。ウェイト160、たとえば、2つの5ポンドのウェイトが、リジッドプレート120の上に設置され、マイクロウェッジ10を液体ポリマー155の中へ押し込み、マイクロウェッジを液体ポリマー155によってインキングすることが可能である。マイクロスケールの乾燥接着構造体1の上のスタンドオフ165は、リジッドプレート120およびインキングプレート140を互いからある設定された距離に維持し、また、マイクロウェッジ10が液体ポリマー155と接触する長さを制御している。(図24)。
【００７８】
マイクロスケールの乾燥接着構造体1は、液体ポリマー155が硬化してマイクロウェッジ10の先端部に強化層20を形成するまで、リジッドプレート120とインキングプレート140との間の適切な場所に放置され得る。代替的に、接着構造体1は、リジッドプレート120とインキングプレート140との間で約1分にわたってウェイト160によって強く押され、マイクロウェッジ10をインキングすることが可能であり、次いで、リジッドプレート120の上に装着されたマイクロウェッジ接着構造体1が、インキングプレート140から除去され、また、硬化プレート170、たとえば、シリコンウエハーまたは他の平坦表面の上に設置され、マイクロウェッジの上にインキングされた液体ポリマー155が硬化する間に、随意的に、剥離剤175によって、たとえば、REPEL-SILANE(商標)剥離剤によってコーティングされる。ウェイト180、たとえば、2つの5ポンドのウェイトが、マイクロウェッジを硬化プレート170に押し付けるために使用され得る。(図25)。いくつかの実施形態では、図25に図示されているアッセンブリは、たとえば、約1時間にわたって、摂氏約100度まで加熱されたオーブンの中に設置され、液体ポリマー122の硬化を加速させることが可能である。いくつかの実施形態では、液体ポリマー122は、UV硬化型であることが可能であり、また、UV光が、リジッドプレート120および/または硬化プレート170を通して(UV光に対して透明である場合)液体ポリマー122に適用され、硬化を加速させることが可能である。液体ポリマー155が硬化した後に、リジッドプレート120の上に装着されているマイクロスケールの乾燥接着構造体1が、硬化プレート170から分離され、マイクロスケールの乾燥接着構造体1が、たとえば、マイクロスケールの乾燥接着構造体1をリジッドプレート120に接着するために使用された任意の接着層を剥がすことによって、または、化学溶解もしくは光溶解によって、リジッドプレート120から除去される。いくつかの実施形態では、硬化プレート170は、滑らかな表面を有する強化層20を作り出すために滑らかな表面を有しており、また、他の実施形態では、硬化プレート170は、強化層20の中に所望のパターンを形成するために、マイクロパターン化またはナノパターン化
され得る。
【００７９】
図26に図示されている硬化プロセスの変形例では、メサプレート185、たとえば、薄くなった縁部部分190およびメサ195を含むシリコンウエハーが、硬化プレート170の代わりに使用され得る。メサプレート185を使用することは、インキングプロセスの間にマイクロウェッジ10によって経験されたものよりも、マイクロウェッジ10の高い圧縮において、液体ポリマー155の硬化が起こることを提供することが可能である。マイクロウェッジの縁部の上に形成される強化層20を調整するために、メサプレート185の上のメサ195の高さが調整され得る。いくつかの実施形態では、メサプレート185を使用することは、たとえば、液体ポリマー155の毛細管流を制限することによって、硬化プレート170を使用するときよりも薄い強化層20および/またはリップをマイクロウェッジの上に形成することを提供することが可能である。特定の理論に限定されることなく、インキングされたマイクロウェッジ先端部が硬化プレート170まで下げられると、液体ポリマー155の液滴がそれらの上に存在すると考えられている。インキングプレート140の上のインキングに関して使用されたものと同じ、硬化のための高さにおいて、マイクロウェッジ10が硬化プレート170の上に下げられる場合には、過剰な液体ポリマー155が、毛細管力によって、メニスカスの中へ引き込まれ得る。メサプレート185を使用して、マイクロウェッジ10がより強く押される場合には、より少ない未硬化の液体ポリマー155が露出されたままにされ、少量のリップ/メニスカスが形成される。その理由は、硬化プレート170と比較して、メサプレート185によってマイクロウェッジ10の上に働かされるより大きな力によって、過剰な液体ポリマー155が、マイクロウェッジ10の先端部にわたって分配されるからである。いくつかの実施形態では、メサ195は、滑らかな表面を有する強化層20を作り出すために滑らかな表面を有しており、また、他の実施形態では、メサ195は、強化層20の中に所望のパターンを形成するためにパターン化され得る。
【００８０】
グローブおよび他のアイテムの中へのマイクロスケールの乾燥接着構造体の組み込み
いくつかの実施形態によれば、本明細書で開示されているようなマイクロスケールの乾燥接着構造体が、より大きいスケールの物体、たとえば、衣類の表面、物体のグリップ表面、または、接着剤特性および/もしくは高い摩擦係数を示すことが望まれる他の表面の中へ組み込まれ得る。本明細書で開示されているようなマイクロスケールの乾燥接着構造体を、より大きいスケールの物体の中または上に組み込むことを促進させるために、ファブリック材料またはメッシュ材料が、マイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態のバッキング15の中へ組み込まれ得る。
【００８１】
図27A、図27B、および図27Cは、本明細書で開示されているようなマイクロスケールの乾燥接着構造体のバッキング15の中へ組み込まれ得るファブリックメッシュ材料の例を図示している。図27Aは、86μmの糸直径および幅150μmの開口部を有するL-3560ポリウレタン(BJB Enterprises)のメッシュの顕微鏡写真である。図27Bは、76μmの糸直径および幅100μmの開口部を有するL-3560ポリウレタン(BJB Enterprises)のメッシュの顕微鏡写真である。図27Cは、典型的なポリエステルシャツのファブリックメッシュの顕微鏡写真である。他の実施形態では、約50から約400の範囲にあるメッシュサイズを有するポリエステルメッシュまたはナイロンメッシュが、本明細書で開示されているようなマイクロスケールの乾燥接着構造体のバッキング15の中へ組み込むために利用され得る。綿、シルク、または、他の天然繊維または合成繊維および/または繊維メッシュが、また、もしくは代替的に、さまざまな実施形態の中で使用され得る。
【００８２】
図28Aおよび図28Bは、マイクロスケールの乾燥接着構造体1のバッキング15の中に埋め込まれているポリウレタンメッシュ290の断面の顕微鏡写真である。図28Aでは、マイクロウェッジ10は、約100μmの高さhを有しており、バッキング15は、約250μmから約300μmの間の厚さtを有している。図28Bでは、マイクロウェッジ10は、同様に、約100μmの高さhを有しており、バッキング15は、約425μmの厚さtを有している。これらの寸法は、単なる例であるということ、および、埋め込まれている繊維または繊維メッシュを含むマイクロスケールの乾燥接着構造体は、これらとは異なる寸法を有することも可能であるということが理解されるべきである。
【００８３】
いくつかの実施形態では、ファブリック材料またはメッシュ290は、マイクロスケールの乾燥接着構造体を鋳造するために使用される液体材料95とともにモールド25の中に含まれ得、また、ファブリック材料またはメッシュ290は、液体材料95が硬化するときに、マイクロスケールの乾燥接着構造体のバッキング15の中に固定され得る。ファブリック材料またはメッシュ290は、衣類の一部分、たとえば、グローブの一部分、または、衣類、たとえば、グローブを形成するために使用されることとなる材料の一部分であることが可能である。いくつかの実施形態では、ファブリック材料またはメッシュ290は、モールドの中のフレーム300の上に支持されており、ファブリック材料またはメッシュ290を平坦に維持する。(図29)。他の実施形態では、ファブリック材料またはメッシュ290は、剥離材料105とともにリジッドプレート100の周りに包まれており、また、リジッドプレート100および/またはウェイト110によって、硬化していないバッキング15の材料95の中へ押し込まれる。(図30)。他の実施形態では、ファブリック材料またはメッシュ290は、たとえば、以前に形成されたマイクロスケールの乾燥接着構造体のバッキング15の上にファブリック材料またはメッシュ290を含む液体接着剤を堆積させることによって、および、接着剤が硬化することを可能にすることによって、以前に形成されたマイクロスケールの乾燥接着構造体に接着させられ得る。いくつかの実施形態では、接着剤は、以前に形成されたマイクロスケールの乾燥接着構造体の材料と同じ材料から形成されている。いくつかの実施形態では、以前に形成されたマイクロスケールの乾燥接着構造体のバッキング15は、ファブリック材料またはメッシュ290を含む液体接着剤をバッキング15の上に堆積させる前に、たとえば、O2プラズマによって活性化させられ、接着を改善させる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、埋め込まれている繊維または繊維メッシュを含むマイクロスケールの乾燥接着構造体が、衣類の中へ形成され、または、衣類に取り付けられている。衣類は、たとえば、グローブであることが可能である。埋め込まれている繊維または繊維メッシュを含むマイクロスケールの乾燥接着構造体を衣類に取り付けることは、機械的な締結具によって、たとえば、フックおよびループ締結具によって、および/または、衣類が縫合または形成される前または後のいずれかに、マイクロスケールの乾燥接着構造体を衣類に縫い付けることによって、および/または、接着/摩擦を強化する構造体を衣類のファブリックの上に直接的に成形することによって、埋め込まれている繊維または繊維メッシュを含むマイクロスケールの乾燥接着構造体を衣類に連結することを含むことが可能である。マイクロスケールの乾燥接着構造体を衣類に取り付けることは、化学薬品によって、マイクロスケールの乾燥接着構造体を衣類に連結することを含むことが可能である。化学薬品は、接着剤、たとえば、エポキシ、LOCTITE(登録商標)ブランドの接着剤のうちの1つ、シアノアクリレートスーパーグルー、または、当技術分野で公知の他の接着剤を含むことが可能である。マイクロスケールの乾燥接着構造体を衣類に取り付けることは、マイクロスケールの乾燥接着構造体を衣類に溶着させることを含むことが可能である。いくつかの実施形態では、マイクロスケールの乾燥接着構造体のバッキング315のベースは、部分的に溶融させられ得、および/または、マイクロスケールの乾燥接着構造体の材料と同様または同じ液体ポリマーが、バッキング315のベース、および、グローブの一部分に押し付けられたバッキング315に適用され得、部分的に溶融されたポリマーまたは液体ポリマーが、グローブのファブリックの中へ浸み込み、硬化するとグローブをシールすることができるようになっている。いくつかの実施形態では、埋め込まれた繊維または繊維メッシュを備えるマイクロスケールの乾燥接着構造体を含むファブリック材料は、グローブに適当な寸法に製作およびカットされ、また、従来の縫合方法を使用して一緒に縫い合わせられ得る。ニットのグローブに関して、埋め込まれた繊維または繊維メッシュを含むマイクロスケールの乾燥接着構造体が、接着剤によって、ニットのグローブの上の所望の場所に縫合および/または接着させられ得る。たとえば、図31に図示されているように、埋め込まれた繊維または繊維メッシュを備えるマイクロスケールの乾燥接着構造体を含む材料305の1つまたは複数のパッチが、グローブ320の指の部分310および/または手のひらの手首に近い部分315に接着または縫合させられ得る。
【００８５】
マイクロスケールの乾燥接着構造体パッチ305の上の微細構造体の配向は、パッチ305の場所、および、特定の場所に印加されることとなる予期される力に基づいて選択され得る。たとえば、マイクロウェッジ構造体10を含むマイクロスケールの乾燥接着構造体パッチ305の実施形態では、マイクロウェッジ構造体10は、マイクロウェッジ10が予期される力の方向に対して角度を付けられているときに、より大きい程度の接着および/または摩擦の強化を提供することが可能である。この配向は、マイクロウェッジ10が下向きに曲がって表面に接触することを引き起こすこととなり、マイクロウェッジ10が異なる方向に配向されているとした場合よりも大きい量の表面積によって、力がその表面に対して印加される。たとえば、図31に図示されているように、グローブ320の指の部分310は、材料の表面の上で引くために使用されることが多い。したがって、グローブ320の指の部分310の上のパッチ305の中のマイクロウェッジ10は、好ましくは、325において示されているように、マイクロウェッジ10が指の部分の端部に向けて角度を付けられた状態となるように配向され得る。逆に、グローブ320の手のひらの手首に近い部分315は、物体の表面の上に押す力を働かせるために使用されることが多い。したがって、グローブ320の手のひらの手首に近い部分315の上のパッチ305の中のマイクロウェッジ10は、好ましくは、330において示されているように、マイクロウェッジ10が手首に向けて角度を付けられた状態となるように配向され得る。いくつかの実施形態では、グローブ320の指の部分310および手のひらの手首に近い部分315に連結されているパッチ305の中に、異なる配向を有するマイクロウェッジ10を提供することに加えて、または、その代替として、指の部分310に連結されているパッチ305には、グローブ320の手のひらの手首に近い部分315に連結されているパッチの中に設けられているものとは異なってサイズ決めされたまたは異なって形状決めされたマイクロエレメント構造体が設けられ得る。
【００８６】
他の実施形態では、マイクロスケールの乾燥接着構造体を含むパッチ305は、たとえば、他の衣類または物体に縫合または接着結合することによって連結され得る。たとえば、図32に示されているように、グローブに連結されているということに加えて、または、その代替として、パッチ305は、ニーパッド、靴の先端部、靴底、および/または、エルボーパッドに連結され得る。ニーパッド、靴の先端部、靴底、および/またはエルボーパッドの上にパッチ305を設置することは、そうでなければ滑らかなおよび滑りやすい障害物340の上をユーザーが登ることを支援することが可能である。マイクロスケールの乾燥接着構造体を含むパッチ305は、図33に図示されているように、たとえば、銃またはライフルのグリップに連結され、高い摩擦のグリップを提供することが可能である。また、他の物体、たとえば、スポーツ機器、たとえば、ホッケー用スティック、ベースボール用バット、ラクロス用スティックなどは、いくつかの実施形態では、それらのハンドルに連結されているマイクロスケールの乾燥接着構造体を含むパッチ305を有し、物体のユーザーによるこれらの物体のより良好なグリップを提供することが可能である。さらなる実施形態では、グローブ320には、第1の配向になっているマイクロスケールの乾燥接着構造体を含むパッチ305が設けられ得、また、つかまれることとなる物体345には、第1の配向の反対側の配向になっているマイクロスケールの乾燥接着構造体を含むパッチ305が設けられ得、ユーザーがグローブ320によって物体345をつかむときに、それぞれのパッチ305の上のマイクロエレメントが物体345の上に確実なグリップを提供するように噛み合うようになっている。
【００８７】
本明細書で開示されているマイクロスケールの乾燥接着構造体は、マイクロウェッジ接着構造体を参照して説明されてきたが、さまざまな実施形態では、たとえば、マイクロピラー350(図35)、随意的に、上側表面から延在するマイクロピラー360を含む、マイクロタワー355(図36)、または、基板に実質的に垂直に配向されているマイクロカラム365(図37)、もしくは、基板に対してある角度で配向されているマイクロカラム365(図38)など、代替的なまたは追加的なマイクロエレメント形態学が、本明細書で開示されているマイクロスケールの乾燥接着構造体の実施形態の中で利用され得るということが認識されるべきである。
【００８８】
したがって、本発明の少なくとも1つの実施形態のいくつかの態様を説明してきたが、さまざまな代替例、修正例、および改善例が、当業者に容易に考え付くこととなるということが認識されるべきである。そのような代替例、修正例、および改善例は、本開示の一部であるということが意図されており、また、本発明の精神および範囲の中にあるということが意図されている。したがって、先述の説明および図面は、単なる例としてのものである。
【符号の説明】
【００８９】
1  マイクロスケールの乾燥接着構造体、マイクロウェッジ接着構造体
10  マイクロエレメント、マイクロウェッジ、マイクロウェッジ構造体
10l  前縁部
10r  リエントラントスペース
10t  後縁部
15  バッキング
15s  上側表面
20  強化層
25  ワックスセクション、ワックス部分
30  ベースプレート
35  リテーナー
40  テーパー付きの表面
45  締結具
50  下側表面
55  上側表面、上部表面
55c  第1の中央領域
55d  第2の中央領域
57  剥離剤
60  第1の凹部
65  より深い凹部
70  マイクロエレメントアレイパターン、マイクロウェッジパターン
75  ウォッシュタブ
80  シンク
85  脱イオン水
90  イソプロパノール
95  鋳造材料、ポリマー材料、液体材料
100  リジッドプレート
105  剥離層、剥離材料
110  ウェイト
115  線
120  リジッドプレート
122  液体ポリマー
125  ローラー
130  リジッドチューブ
135  柔軟層
140  インキングプレート
145  剥離剤
150  プレート
155  液体ポリマー
160  ウェイト
165  スタンドオフ
170  硬化プレート
175  剥離剤
180  ウェイト
185  メサプレート
190  縁部部分
195  メサ
200  ダム
205  ポリマーまたはエポキシ
210  リジッドプレート
215  剥離層
220  ウェイト、エポキシモールド
225  バッキング基板
230  プレーティングフィクスチャー
235  キャビティー
240  上側表面
245  フィレット
250  境界部、剥離層
255  接着層
260  シード金属層
265  本体部
270  金属モールド
275  金属ブロック
280  ウェッジスタブ
285  微細溝
290  ポリウレタンメッシュ、ファブリック材料またはメッシュ
300  フレーム
305  乾燥接着構造体パッチ
310  指の部分
315  バッキング、手のひらの手首に近い部分
320  グローブ
340  障害物
345  物体
350  マイクロピラー
355  マイクロタワー
360  マイクロピラー
365  マイクロカラム
【図１Ａ】
2018501981.tif 000003
【図１Ｂ】
2018501981.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２０Ｆ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月5日(2016.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2014年12月10日に出願された「POLYMER MICROWEDGES AND METHODS OF MANUFACTURING, TESTING AND APPLICATION」という標題の米国仮出願第62/090,337号、および、2014年12月10日に出願された「DURABLE MICRO/NANO MOLD FABRICATION TECHNIQUES」という標題の米国仮出願第62/090,265号に対して、米国特許法第119条(e)の下での優先権を主張しており、それらのそれぞれは、すべての目的のために、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。本発明は、国防高等研究計画局によって認められたN66001-11-C-4101の下で、政府の支援によって行われた。政府は、本発明に一定の権利を有している。
【国際調査報告】
2018501981.tif 000059
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