(57)【要約】【課題】透明性に優れた樹脂成形品を歩留り良く得ることができる微細構造転写金型、およびその製造方法、上記金型の再利用方法、さらには上記金型を用いた樹脂成形品の製造方法を提供する。【解決手段】母型１０と、前記母型１０の表面における所定位置に形成された金属層２０と、前記金属層２０の表面に形成された金属酸化層３０と、を有し、前記金属酸化層３０の表面には、複数の略同一形状の細孔４０が設けられており、前記細孔４０が、前記金属酸化層３０の前記表面から前記母型１０側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母型と、
前記母型の表面における所定位置に形成された金属層と、
前記金属層の表面に形成された金属酸化層と、
を有し、
前記金属酸化層の表面には、複数の略同一形状の細孔が設けられており、
前記細孔が、前記金属酸化層の前記表面から前記母型側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔である、微細構造転写金型。
【請求項２】
前記金属酸化層が、前記金属層の陽極酸化膜である、請求項１に記載の微細構造転写金型。
【請求項３】
当該微細構造転写金型を前記金属酸化層側から上面視した際に、前記金属酸化層の表面に設けられた前記細孔の開口部が格子状に並んでいる、請求項１または２に記載の微細構造転写金型。
【請求項４】
前記格子状に並んでいる前記細孔の開口部構造が、多角形により形成された格子構造である、請求項３に記載の微細構造転写金型。
【請求項５】
前記金属層が、アルミニウム、タンタル、チタン、ニオブ、ジルコニアおよびタングステンからなる群より選択される１種の金属により形成された金属薄膜である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の微細構造転写金型。
【請求項６】
前記金属層がスパッタリング薄膜である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微細構造転写金型。
【請求項７】
前記母型が、１以上の曲面、または２以上の平面を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の微細構造転写金型。
【請求項８】
前記母型がアルミニウム合金からなる材料により形成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の微細構造転写金型。
【請求項９】
前記細孔における前記金属層側に位置する底面の径をＲ１とし、前記細孔における底面とは反対側に位置する上面の径をＲ２とした時、Ｒ１≦Ｒ２である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の微細構造転写金型。
【請求項１０】
前記金属層と前記金属酸化層とをエッチング液により除去することができる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の微細構造転写金型。
【請求項１１】
母型の表面における所定位置に金属層を形成する工程と、
前記金属層の表面に金属酸化層を形成する工程と、
を含み、
前記金属酸化層を形成する工程において、前記金属酸化層の表面には、複数の略同一形状の細孔を設け、かつ前記細孔が、前記金属酸化層の前記表面から前記母型側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔である、微細構造転写金型の製造方法。
【請求項１２】
前記金属酸化層を形成する工程が、前記金属層の表面を陽極酸化する工程を含む、請求項１１に記載の微細構造転写金型の製造方法。
【請求項１３】
前記金属層を形成する工程が、スパッタリング法によりスパッタリング薄膜を形成する工程を含む、請求項１１または１２に記載の微細構造転写金型の製造方法。
【請求項１４】
前記金属層と前記金属酸化層とをエッチング液により除去して前記母型を得る工程をさらに含む、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の微細構造転写金型の製造方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の微細構造転写金型を準備する工程と、
前記微細構造転写金型における前記金属層と前記金属酸化層とをエッチング液により除去して前記母型を得る工程と、
を含む、金型の再利用方法。
【請求項１６】
前記母型を得る工程の後、前記母型の表面における所定位置に金属層を形成する工程と、
前記金属層の表面に金属酸化層を形成する工程と、
を含む、請求項１５に記載の金型の再利用方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の微細構造転写金型を用いて樹脂組成物を成形する工程を有する、樹脂成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造転写金型、その製造方法、金型の再利用方法、微細構造転写金型を用いた樹脂成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細加工技術の発展に伴って、近年、表面に微細構造加工が施された各種樹脂成形品が作製されている。こうした樹脂成形品を作製するためには、使用目的に即した微細構造を当該樹脂成形品の表面に転写するために使用する上記微細構造を表面に有した金型が必要である。それ故、金型の表面に微細構造の加工を施す技術について、これまでに種々の検討がなされている。
【０００３】
樹脂成形品の表面に転写するために金型表面に微細構造を加工することに着目した技術として、たとえば、以下のものがある。
【０００４】
特許文献１には、各種エッチング技術によりナノメートルスケールの微細構造を形成した基板を用いて光硬化性樹脂からなる金型表面にナノメートルスケールの微細構造を転写する技術と、上記光硬化性樹脂からなる金型に対してマイクロメートルスケールの微細構造を露光現像技術により形成する技術と、が開示されている。また、同文献には、上述した微細構造を転写する技術が、微細流体チップをベースとする分析デバイスを作製する際に有用であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１３２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の軽量化や生産効率の向上に伴う金属代替の流れにより、金属から樹脂への置き換えが益々盛んになってきており、様々な技術分野において機構部品及び構造部材等の樹脂化が加速している傾向にある。こうした事情に鑑みて、表面に微細構造加工が施された樹脂成形品の製造プロセスについて要求される技術水準は、特に金型表面に形成する微細構造の加工精度という観点において、ますます高くなっている。また、上述した傾向に伴って、樹脂成形品が使用される環境条件は、多様化している。
【０００７】
本発明者は、表面に微細構造を有する従来の樹脂成形品が、以下のような課題を有していることを見出した。具体的には、本発明者は、樹脂成形品の使用環境条件次第では、当該樹脂成形品の有する特性を十分に発現できない場合があることを知見した。たとえば、医療器具の技術分野において使用される樹脂成形品に、手技中に粘膜や体液、血液が飛散して付着してしまった場合においても、当該樹脂成形品を通して前方の状況を把握できる程度に優れた視認性が要求されている。すなわち、医療器具の技術分野において使用される樹脂成形品には、その透明性が、使用環境条件に応じて変動しないことが要求されている。しかしながら、表面に微細構造を有する従来の金型を用いた場合、上述した技術水準を満たす樹脂成形品を得ることは困難であった。
【０００８】
さらに、本発明者は、従来の金型を用いる樹脂成形品の製造プロセスについて、製造する毎に要求特性に対する効果が徐々に低下してしまうという不都合が生じていることを知見した。そこで、本発明者は、上述した不都合が生じる要因について鋭意検討した結果、たとえば、金型を複数回使用した場合に生じる微細構造内の樹脂詰まりの問題を解消すべく実施する洗浄処理では、かかる微細構造内には微量の樹脂材料が残存してしまっている可能性があることを見出した。つまり、従来の金型は、上述した技術水準を満たす樹脂成形品を歩留り良く得るという観点において改善の余地を有していた。
【０００９】
そこで、本発明は、透明性に優れた樹脂成形品を歩留り良く得ることができる微細構造転写金型、およびその製造方法、上記金型の再利用方法、さらには上記金型を用いた樹脂成形品の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を達成するために鋭意研究を重ねた結果、金型の表面に形成する複数の微細構造（細孔）の形状を略同一形状に制御することが、その設計指針として有効であるという知見を得て、本発明を完成させた。
【００１１】
本発明によれば、母型と、
前記母型の表面における所定位置に形成された金属層と、
前記金属層の表面に形成された金属酸化層と、
を有し、
前記金属酸化層の表面には、複数の略同一形状の細孔が設けられており、
前記細孔が、前記金属酸化層の前記表面から前記母型側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔である、微細構造転写金型が提供される。
【００１２】
さらに、本発明によれば、母型の表面における所定位置に金属層を形成する工程と、
前記金属層の表面に金属酸化層を形成する工程と、
を含み、
前記金属酸化層を形成する工程において、前記金属酸化層の表面には、複数の略同一形状の細孔を設け、かつ前記細孔が、前記金属酸化層の前記表面から前記母型側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔である、微細構造転写金型の製造方法が提供される。
【００１３】
さらに、本発明によれば、上記微細構造転写金型を準備する工程と、
前記微細構造転写金型における前記金属層と前記金属酸化層とをエッチング液により除去して前記母型を得る工程と、
を含む、金型の再利用方法が提供される。
【００１４】
さらに、本発明によれば、上記微細構造転写金型を用いて樹脂組成物を成形する工程を有する、樹脂成形品の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、透明性に優れた樹脂成形品を歩留り良く得ることができる微細構造転写金型、およびその製造方法、上記金型の再利用方法、さらには上記金型を用いた樹脂成形品の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る微細構造転写金型の一例を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る微細構造転写金型の一例を示す上面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態に係る微細構造転写金型１は、図１および図２に示すように、母型１０と、上記母型１０の表面における所定位置に形成された金属層２０と、上記金属層２０の表面に形成された金属酸化層３０と、を有するものである。そして、かかる微細構造転写金型１において、金属酸化層３０の表面には、複数の略同一形状の細孔４０が設けられている。また、上記細孔４０は、金属酸化層３０の表面から母型１０側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔である。このように本実施形態に係る微細構造転写金型１は、金型の表面に形成する複数の微細構造（細孔４０）の形状が略同一形状となるように制御されたものである。これにより、当該微細構造転写金型１を用いて作製した樹脂成形品の光透過特性に面内バラつきが生じることを抑制できるため、結果として、当該微細構造転写金型１によれば、透明性を向上させた樹脂成形品を歩留り良く得ることができる。
【００１８】
ここで、本実施形態に係る微細構造転写金型１に設ける細孔４０の形状は、上述したように、金属酸化層３０の表面から母型１０側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔である。こうすることで、微細構造転写金型１を用いて作製した樹脂成形品に関し、当該樹脂成形品に光が入射した場合に、かかる光が反射することを抑制しつつ、その屈折率を低減させることができる構成とすることができる。それ故、当該微細構造転写金型１によれば、光透過性に優れた樹脂成形品を歩留り良く得ることができる。また、細孔４０の形状は、上述した樹脂成形品の光透過性能を向上させる観点から、錐台形状または錐体形状であることが好ましい。
くわえて、細孔４０の形状は、上述した樹脂成形品に形成される微細構造における凸部の側面形状がテーパー構造となる形状であることが好ましい。こうすることで、かかる樹脂成形品に関し、光の反射防止特性を向上させることが可能であるとともに、光の屈折率を低減させることができる構成とすることができる。
なお、上記柱体形状の孔とは、平行に設けられた２面を有する形状の孔を指す。本実施形態に係る柱体形状の孔とは、当該細孔４０における金属層２０側に位置する底面の径をＲ１とし、当該細孔４０における金属層２０側に位置する底面とは反対側に位置する上面の径をＲ２とした時、Ｒ１≦Ｒ２である形状の孔を指す。
また、上記錐台形状または錐体形状は、細孔４０における金属酸化層３０の表面に設けられた開口の径をＲ１とし、当該細孔４０における金属層２０側に位置する上記開口と平行な面の径をＲ２とした時、Ｒ１＞Ｒ２である形状の孔を指す。
【００１９】
近年、表面に微細構造加工が施された樹脂成形品が使用される環境条件は、多様化している傾向にある。こうした事情に伴って、上記樹脂成形品の製造に使用する金型表面に形成する微細構造の加工精度に要求される技術水準は、ますます高くなっている。
【００２０】
本発明者は、たとえば、医療器具の技術分野において使用される樹脂成形品として、表面に微細構造加工が施された従来品を用いた場合、使用環境条件次第では、かかる従来品を通して前方の状況を把握出来なくなる程度に、その視認性が低下してしまう場合があることを知見した。つまり、従来の樹脂成形品は、使用環境条件次第では、その透明度が低下してしまう場合があることを知見した。さらに、本発明者は、従来の金型を用いる樹脂成形品の製造プロセスについて、製造する毎に要求特性に対する効果が徐々に低下してしまうという不都合が生じていることも知見した。こうした事情を踏まえ、本発明者は、透明性に優れた樹脂成形品を歩留りよく得るための設計指針について鋭意検討した結果、樹脂成形品表面に施す微細構造の形状を略同一形状に制御することが、かかる設計指針として有効であることを見出した。しかし、樹脂成形品表面に微細構造加工を施すために使用する金型として、上述した技術水準を満たすことができる程度に略同一形状な微細構造を有したものについては、これまでに報告されていなかった。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る微細構造転写金型の一例を示す上面斜視図である。
図２に示すように、本実施形態に係る微細構造転写金型１は、金属酸化層３０の表面から母型１０側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔が複数設けられたものである。こうすることで、当該微細構造転写金型１を用いて作製できる樹脂成形品の拡散透過率を低下させることが可能であり、結果として、かかる樹脂成形品の透明性を向上させることができる。また、微細構造転写金型１を用いて製造された樹脂成形品は、当該樹脂成形品に対して粘膜や体液、血液が飛散して付着してしまった場合においても、かかる樹脂成形品を通して前方の状況を把握することが可能な視認性に優れたものとすることができる。この理由としては、樹脂成形品に微細構造転写金型１から転写された微細構造が、それぞれ略同一形状である複数の立体的形状からなる構成であるため、当該樹脂成形品の濡れ性が向上したことによるものであると考えられる。それ故、撥水性樹脂材料と微細構造転写金型１とを用いて樹脂成形品を製造した場合、得られた樹脂成型品表面を洗浄液により容易に洗浄することが可能な構成を実現することが可能となる。
【００２２】
以下、本実施形態に係る微細構造転写金型１（以下、本金型ともいう。）の構成について詳細を説明する。
【００２３】
図２に示すように、本金型１に設けられている微細構造は、当該金型１を金属酸化層３０側から上面視した際に、金属酸化層３０の表面に設けられた細孔４０の開口部が格子状に並んでいる形状であることが好ましい。こうすることで、本金型１を用いて作製された樹脂成形品の使用環境条件が変動した場合においても、当該樹脂成形品が有する光透過性を高度に保持することが可能となる。また、上記格子状に並んでいる細孔４０の開口部構造は、六角形、五角形および矩形状の各種多角形により形成された格子構造であることが、特に好ましい。
【００２４】
ここで、本金型１に設けられている微細構造を構成する各細孔４０の深さは、可視光の波長よりも短い深さであることが好ましい。すなわち、各細孔４０の深さは、４００ｎｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以下であるとさらに好ましく、２５０ｎｍ以下であると特に好ましい。こうすることで、光の反射率や屈折率を低減させることが可能な樹脂成形品を得ることができる。なお、下限値は、５０ｎｍ程度であればよい。
【００２５】
ここで、本金型１に設けられている微細構造を構成する各細孔４０は、当該金型１表面に設けられた細孔４０の開口径をＸとし、各細孔４０の深さをＹとしたとき、Ｙ／Ｘの値は、０．２より大きく、２以下であることが好ましく、０．５以上１．５以下であるとさらに好ましく、０．８以上１．２以下であるとより好ましい。こうすることで、微細構造転写金型１を用いて作製した樹脂成形品に関し、当該樹脂成形品に対する入射光の反射率をより一層効果的に低減させることが可能である。
【００２６】
本金型１における金属酸化層３０は、陽極酸化法により形成された金属層２０の陽極酸化膜であることが好ましい。こうすることで、当該金型１を用いて製造された樹脂成形品の透明性（視認性）をより一層優れたものとすることが可能である。
ここで、陽極酸化法とは、一般的に、金属を陽極として酸性溶液中で電気分解し、上記陽極を形成する金属表面に酸化膜を形成する手法を指す。そのため、上記陽極酸化膜を本金型１における金属酸化層３０とする場合には、母型１０と、上記母型１０の表面における所定位置に形成された金属層２０とからなる部材を上記陽極として使用し、酸性溶液中で電気分解する必要がある。また、かかる陽極酸化法によれば、陽極として用いた金属表面にナノスケールの均一な（略同一形状の）細孔４０が規則正しく配列した微細構造を形成することが可能である。言い換えれば、陽極酸化法によれば、金属層２０の陽極酸化膜の表面に、微細で規則的なナノポーラス（微細孔）構造を形成することが可能である。さらに、上述した陽極酸化法において使用する酸性溶液の種類、処理温度、印加電圧等の各種因子を高度に制御することにより、金属酸化層３０の表面に設けられる細孔４０のサイズや形状を所望の条件を満たすように制御することが可能である。
【００２７】
また、本金型１における金属酸化層３０が上述した金属層２０の陽極酸化膜である場合、かかる金属層２０の陽極酸化条件を適切に制御することにより、当該微細構造転写金型１を用いて作製した樹脂成形品に対して、種々の機能性を付与することが可能である。たとえば、金属酸化層３０に形成された微細構造の深さが可視光の波長（４００〜８００ｎｍ）よりも下回るよう陽極酸化条件を制御した場合には、光の反射率や屈折率を低減させることが可能であり、結果として樹脂成形品に対して反射防止能を付与することができる。これにより、樹脂成形品の透明性を向上させることができる。
【００２８】
本金型１における金属酸化層３０を陽極酸化法により形成する際に使用する酸性溶液としては、所望の濃度（たとえば、０．１重量％以上０．５５重量％以下）に希釈された硫酸、リン酸、シュウ酸、マロン酸等の各種有機酸、ならびにそれらの混合酸を使用することが可能である。また、金属層２０を陽極酸化処理する際の条件は、たとえば、１０Ｖ以上２５０Ｖ以下の電極間電圧で、１分以上３０分以下に設定することが可能である。
【００２９】
そして、本金型１における金属層２０は、当該金属層２０の表面に加工精度に優れた陽極酸化膜を金属酸化層３０として形成する観点から、アルミニウム、タンタル、チタン、ニオブ、ジルコニアおよびタングステンからなる群より選択される１種の金属により形成された金属薄膜であることが好ましい。また、かかる金属薄膜は、スパッタリング法により形成されたスパッタリング薄膜であることが好ましい。こうすることで、本金型１に形成する微細構造の加工精度を向上させることが可能である。
【００３０】
本金型１における母型１０は、射出成型または圧縮成形用金型用母型として使用できるものであればよい。具体的には、上記母型１０は、長期使用性の観点からアルミニウム合金からなる材料により形成されていることが好ましい。ここで、本金型１は、樹脂成形品製造時に樹脂材料に対して押し付けて使用される。そのため、作業性の観点から、上記母型１０は、１以上の曲面、または２以上の平面を有するものであることが好ましい。
【００３１】
さらに、本金型１に形成された金属層２０と金属酸化層３０は、たとえば、クロム酸リン酸混合溶液等のエッチング液により除去することが可能である。言い換えれば、本金型１は、上述したエッチング液により金属層２０と金属酸化層３０を除去することにより、母型１０の状態にリセットすることが可能である。それ故、本金型１は、当該金型１を樹脂成形品の製造に複数回利用して金属酸化層３０の表面に形成された複数の細孔４０形状が変動してきたとしても、エッチング液により金属層２０と金属酸化層３０を除去し、再度母型１０上に金属層２０と金属酸化層３０を形成すれば、何度でも再利用することが可能となる。
【００３２】
＜微細構造転写金型の製造方法＞
本実施形態に係る微細構造転写金型１の製造方法（以下、本製造方法ともいう。）は、準備した母型１０の表面における所定位置に金属層２０を形成する工程と、上記金属層２０の表面に金属酸化層３０を形成する工程と、を含み、かかる金属酸化層３０を形成する工程において、当該金属酸化層３０の表面には、複数の略同一形状の細孔４０が設けられるものである。くわえて、本実施形態に係る微細構造転写金型１の製造方法によれば、金属酸化層３０の表面から母型１０側に向けて伸びる柱体形状、錐台形状または錐体形状の孔が、上記細孔４０として形成される。
【００３３】
本製造方法における金属層２０を形成する工程は、スパッタリング法によりスパッタリング薄膜を形成する工程を含むものであることが好ましい。こうすることで、所望の厚みの金属層２０を簡便な手法で精度高く形成することが可能である。
【００３４】
本製造方法における金属酸化層３０を形成する工程は、金属層２０の表面を陽極酸化する工程を含むことが好ましい。こうすることで、略同一形状の細孔４０が規則正しく配列した微細構造を簡便な手法で精度高く形成することが可能である。
【００３５】
また、本製造方法によれば、たとえば、クロム酸リン酸混合溶液等のエッチング液により金属層２０と金属酸化層３０とを除去して、当該金属層２０と当該金属酸化層３０とを形成する前の母型１０を得ることが可能である。こうすることで、たとえば、本製造方法により得られた微細構造転写金型１を複数回使用したことにより金属酸化層３０の表面に形成された複数の細孔４０に樹脂詰まりが生じるなどして、当該細孔４０形状が、製造直後の状態から変化してしまった場合においても、エッチング液により金属層２０と金属酸化層３０とを除去して得られた母型１０の表面に再度金属層２０と金属酸化層３０とを形成することで、所望の樹脂成形品を作製できる微細構造転写金型１を何度でも再現することが可能である。つまり、本製造方法により得られた微細構造転写金型１は、何度でも再利用することが可能である。それ故、本実施形態に係る微細構造転写金型１によれば、所望の樹脂成形品を再現性良く作製することができる。言い換えれば、本実施形態に係る微細構造転写金型１によれば、所望の樹脂成形品を歩留りよく作製することができる。
【００３６】
＜樹脂成形品の製造方法＞
本実施形態に係る樹脂成形品の製造方法は、上述した微細構造転写金型１を用いて樹脂組成物を成形する工程を有するものである。具体的には、本実施形態に係る樹脂成形品の製造方法は、上述した微細構造転写金型１を射出成型または圧縮成形用金型の母型として用いるものである。そのため、微細構造転写金型１の表面に形成された微細構造を、樹脂成形品の表面に転写することが可能である。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１  微細構造転写金型
１０  母型
２０  金属層
３０  金属酸化層
４０  細孔
【図１】
2017052167.tif 000003
【図２】
2017052167.tif 000004