JP2004283871A - 微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法及び該製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラスチックに、微小径の孔部を容易に形成することができる微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有するプラスチック構造体の製造方法であって、前記孔部を、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成することを特徴とする。孔部を形成する前の被加工プラスチック基材としては、プラスチックシート又はフィルムが好適である。前記微小孔部を有するプラスチック構造体としては、微小孔部を有するプラスチック構造体が、貫通孔を有し、且つフィルター機能、メンブレン機能、セパレータ機能、霧化機能、ガス拡散化機能、ノズル機能、または流路調整機能を有していてもよい。
【選択図】 図５
【解決手段】微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有するプラスチック構造体の製造方法であって、前記孔部を、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成することを特徴とする。孔部を形成する前の被加工プラスチック基材としては、プラスチックシート又はフィルムが好適である。前記微小孔部を有するプラスチック構造体としては、微小孔部を有するプラスチック構造体が、貫通孔を有し、且つフィルター機能、メンブレン機能、セパレータ機能、霧化機能、ガス拡散化機能、ノズル機能、または流路調整機能を有していてもよい。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法及び該製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、プラスチック部品の高機能化、高性能化の要求が高くなってきている。それらの要求に対して、プラスチック材料自身をポリマーアロイ化したり複合化したりする材料面での技術対応と、要求機能に合わせて機能部位を付加する加工面での技術対応の二つの取り組みが行われている。プラスチック部品の表面の高機能化・高性能化は、表面の濡れ性、接着性、吸着性、制電性、水分やガスに対するバリアー性、表面硬さ、光反射性、光散乱性、光透過性などの制御の必要性から、材料・加工両面から色々な技術的な取り組みがされてきている。例えば、プラスチック部品に、微細孔の形成によって、フィルター、メンブレン、セパレータなどの機能を付加する際には、主に延伸、抽出、相分離などの方法が利用されている。
【０００３】
一方、レーザー光源に関する技術進歩は著しく、特に、パルスレーザーは、ナノ（１０−９）秒からピコ（１０−１２）秒と超短パルス化が進み、更に最近では、チタン・サファイア結晶などをレーザー媒質とするフェムト（１０−１５）秒パルスレーザーなどが開発されてきている。ピコ秒やフェムト秒などの超短パルスレーザーシステムは、通常のレーザーの持つ、指向性、空間的・時間的コヒーレンスなどの特徴に加えて、パルス幅が極めて狭く、同じ平均出力でも単位時間・単位空間当りの電場強度が極めて高いことから、物質中に照射して高い電場強度を利用して誘起構造を形成させる試みが、無機ガラス材料を主な対象物として行われてきている。
【０００４】
なお、従来、高分子材料（ポリエチレンテレフタレートなど）からなるフィルムに、レーザー光を照射して穿孔加工を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１１８５６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平１０−１１８５６９号公報に記載のレーザーを用いた微細粒子加工分級用フィルターの製造方法では、超短パルスレーザーの特有の効果が発揮されておらず、プラスチックに、微小径の孔部（特に、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔からなる微小孔部）を形成することができない。
【０００７】
従って、本発明の課題は、プラスチックに、微小径の孔部を容易に形成することができる微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法及び該製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体を提供することにある。
本発明の他の課題は、さらに、マスクが不要であり、しかも、優れた生産性で微小な貫通孔及び／又は陥没孔を形成することができる微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法及び該製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、プラスチックフィルムに、パルス幅が１０−９秒以下で且つ波長が可視光領域の超短パルスのレーザーを照射すると、多光子吸収が生じることにより、プラスチックフィルムに精密な微小孔部を形成することができることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有するプラスチック構造体の製造方法であって、前記孔部を、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成することを特徴とする微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法では、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材としては、プラスチックシート又はフィルムを好適に用いることができる。
【００１１】
微小孔部を有するプラスチック構造体としては、微小孔部を有するプラスチック構造体が、貫通孔を有し、且つフィルター機能、メンブレン機能、セパレータ機能、霧化機能、ガス拡散化機能、ノズル機能、または流路調整機能を有していることが好ましい。
【００１２】
多光子吸収過程を利用したレーザー加工としては、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを用いたレーザー加工であってもよく、該パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーとしては、紫外線波長領域〜近赤外線波長領域の波長を有する超短パルスのレーザーであってもよい。このようなパルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーは、多光束干渉で照射することができる。また、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを、該超短パルスのレーザーの照射方向に対して垂直な方向に且つプラスチック表面に対して平行な方向に、超短パルスのレーザーの焦点を移動させながら照射することが好ましい。
【００１３】
なお、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材は、素材としてフッ素系樹脂またはオレフィン系樹脂を含有していることが好ましく、表面及び／又は内部に、無機微粒子を含有していてもよい。
【００１４】
また、本発明は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有するプラスチック構造体であって、前記孔部が、前記微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法により形成されていることを特徴とする微小孔部を有するプラスチック構造体を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、必要に応じて図面を参照しつつ説明する。なお、同一の部位又は部材には同一の符号を付している場合がある。
（微小孔部を有するプラスチック構造体）
本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である微小孔部を有するプラスチック構造体であり、前記孔部が、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成されている。このような微小孔部（単に「孔部」と称する場合がある）としては、一方の表面から他方の表面に貫通している形状の貫通孔、表面から内部に陥没している形状の陥没孔のいずれであってもよく、貫通孔および陥没孔が組み合わせられていてもよい。すなわち、微小孔部を有するプラスチック構造体は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有することができる。
【００１６】
このような微小孔部を有するプラスチック構造体としては、例えば、図１〜４に示されるような微小貫通孔や微小陥没孔を有するプラスチック構造体が挙げられる。図１〜２は、それぞれ、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の例を模式的に示す概略鳥瞰図である。具体的には、図１（ａ）は、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ１−Ｘ１´線における断面図である。また、図２（ａ）は、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の他の例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＸ２−Ｘ２´線における断面図である。図１の微小貫通孔を有するプラスチック構造体は、プラスチックフィルム１の一方の表面から他方の表面に貫通して形成された貫通孔２ａを複数個有している。また、図２の微小貫通孔を有するプラスチック構造体は、プラスチックフィルム１の一方の表面から他方の表面に貫通して形成された貫通孔２ｂを複数個有している。具体的には、貫通孔２ａは、円筒状の形状を有している。貫通孔２ｂは、前記円筒状の貫通孔２ａが複数連結した形状又はこれに類似する形状を有している。従って、貫通孔２ｂは、短径（幅）は微小であるが、微小ではない長径を有する構造の貫通孔となっている。
【００１７】
また、図３〜４は、それぞれ、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の例を模式的に示す概略鳥瞰図である。具体的には、図３（ａ）は、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＸ３−Ｘ３´線における断面図である。また、図４（ａ）は、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の他の例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＸ４−Ｘ４´線における断面図である。図３の微小陥没孔を有するプラスチック構造体は、プラスチックフィルム１の表面に、該プラスチックフィルム１の表面から内部に陥没して形成された陥没孔（凹部）２ｃを複数個有している。また、図４の微小陥没孔を有するプラスチック構造体は、プラスチックフィルム１の表面から内部に陥没して形成された陥没孔（凹部）２ｄを複数個有している。具体的には、陥没孔２ｃの断面は、略半円、略半楕円又は略三角形（なお、図３では、略半円または略半楕円として例示している）の形状を有することができ、陥没孔２ｄは、前記断面形状の陥没孔２ｃで切り込まれたような形状又はこれに類似する形状を有している。従って、陥没孔２ｄは、短径（幅）は微小であるが、微小ではない長径を有する構造（溝状の構造）の陥没孔となっており、その断面形状は、前記陥没孔２ｃの断面形状（例えば、略半円、略半楕円、略三角形など）と同様の形状を有することができる。
【００１８】
このように微小孔部を有するプラスチック構造体として、微小貫通孔２ａや微小陥没孔２ｃ等のような、プラスチック表面の形状が円形状となっている貫通孔や陥没孔（「単独孔部」と称する場合がある）が形成されたプラスチックや、微小貫通孔２ｂや微小陥没孔２ｄ等のような、前記単独孔部が連結された形状又はこれに類似する形状の貫通孔や陥没孔（「連結孔部」と称する場合がある）が形成されたプラスチックを形成することができる。
【００１９】
前記微小孔部（微小貫通孔２ａ，２ｂや、微小陥没孔２ｃ，２ｄ）の径は、最小の径又は幅が２００μｍ以下であればよく、例えば、０．０５〜２００μｍ（好ましくは０．０５〜１００μｍ、さらに好ましくは０．５〜５０μｍ）の範囲から選択することができる。微小孔部が単独孔部である場合は、その径としては、直径（又は平均径）を意味しており、連結孔部である場合は、径としては幅を意味している。また、微小孔部の径は、プラスチック表面（又は該表面と同一の面）における径を意味している。
【００２０】
なお、微小孔部が、連結孔部の場合のように、長径と短径とを有するような形状を有している場合、その径としては、短径が２００μｍ以下であればよく、長径の長さは特に制限されない。具体的には、微小孔部の径としては、例えば、短径が０．０５〜２００μｍであり、長径が０．０５μｍ以上（例えば、０．０５〜１０００００μｍ）であってもよい。また、好ましい微小孔部の径としては、短径が０．０５〜１００μｍであり且つ長径が０．１μｍ以上（例えば、０．１〜５０００μｍ）であり、さらには、短径が０．５〜５０μｍであり且つ長径が０．１〜１０００μｍであることが好ましい。
【００２１】
特に、微小孔部が、貫通していない場合（微小陥没孔の場合）、短径が０．０５〜２００μｍで、長径が基材の端から端までのスリット溝状の陥没孔であってもよい。
【００２２】
なお、微小孔部が、微小陥没孔（凹部）の場合、微小陥没孔の深さは、特に制限されないが、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材（プラスチック基材）の厚みなどに応じて適宜選択することができ、例えば、０．１μｍ以上（例えば、０．１〜１０μｍ、好ましくは０．５〜８μｍ）の範囲から選択することができる。
【００２３】
また、微小孔部のプラスチック構造体の表面での形状としては、特に制限されず、不定形であってもよいが、例えば、マクロ的又は全体的な観点から、円形類似形状（円類似形状や楕円類似形状など）ないし四角形類似形状（正方形類似形状や長方形類似形状など）であってもよい。従って、微小孔部のプラスチック構造体表面での形状は、ミクロ的な観点からは、例えば、円形類似形状の円周がギザギザ状、波状、鋸状など曲線状であってもよく、また、四角形類似形状の長辺が直線ではなく、ギザギザ状、波状、鋸状など曲線状や折れ曲がり線状であってもよい。
【００２４】
微小孔部を有するプラスチック構造体としては、微小孔部を、１つのみ有していてもよく、図１〜４で示されるように複数有していてもよい。微小孔部を複数有する場合、隣り合った孔部間の間隔は、前記最小の径又は幅と同じかそれ以上であることが好ましい。隣り合った孔部間の間隔は、一定であっても、一定でなくてもよい。なお、隣り合った孔部間の間隔としては、孔部が単独孔部である場合、プラスチック表面の円形状の中心間距離を意味し、孔部が連結孔部である場合、プラスチック表面の幅方向における中心間距離を意味することができる。
【００２５】
（微小孔部を有するプラスチック構造体の形成）
本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体は、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成することができる。多光子吸収過程を利用することにより、使用するレーザー光の波長が、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材の素材（ポリマー成分）による吸収波長よりも長くても、前記被加工プラスチック基材に、最小の径又は幅が２００μｍ以下である微小孔部を形成する加工を行うことができる。すなわち、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により、微細加工を効率よく、しかも優れた精度で行うことができる。
【００２６】
なお、多光子吸収過程を利用したレーザー加工とは、高密度の光子が存在する場合に、複数の光子が物質に同時に吸収され、本来、その１光子のエネルギーでは生じ得なかった現象を利用する加工を意味している。また、非線形現象を利用した加工であるので、光を用いているにもかかわらず、照射波長の回折限界を超える加工も可能である。
【００２７】
このような多光子吸収過程を利用したレーザー加工方法としては、レーザーを照射して加工する際に、多光子吸収過程を利用して加工する方法であれば特に制限されず、例えば、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザー（「超短パルスレーザー」又は「レーザー」と称する場合がある）を用いたレーザー加工方法を好適に採用することができる。このような超短パルスレーザーとしては、チタン・サファイア結晶を媒質とするレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得られたパルス幅が１０−９秒以下のパルスレーザー、エキシマレーザーやＹＡＧレーザー（Ｎｄ−ＹＡＧレーザー等）の倍波によるパルス幅が１０−９秒以下のパルスレーザーなどを用いることができ、特に、チタン・サファイア結晶を媒質とするレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得られたパルス幅が１０−１２秒〜１０−１５秒のフェムト秒のオーダーのパルスレーザー（フェムト秒パルスレーザー）を好適に用いることができる。もちろん、超短パルスレーザーにおけるパルス幅は、１０−９秒以下であれば特に制限されず、例えば、１０−９秒から１０−１２秒のピコ秒オーダーや、１０−１２秒から１０−１５秒のフェムト秒のオーダー（好ましくは１０−１２秒から１０−１５秒のフェムト秒のオーダー）であり、通常は、１００フェムト秒（１０−１３秒）程度である。このようなチタン・サファイア結晶を媒質とするレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得られたパルス幅が１０−９秒以下のパルスレーザーや、エキシマレーザーやＹＡＧレーザー（Ｎｄ−ＹＡＧレーザー等）の倍波によるパルス幅が１０−９秒以下のパルスレーザーなどの超短パルスレーザーを用いると、パルスエネルギーが高いので、多光子吸収過程を利用したレーザー加工を行うことができ、その尖塔のパワーにより波長より狭い幅の微細加工を行うことができるようになる。従って、超短パルスレーザーを用いて多光子吸収過程を利用したレーザー加工により、最小の径又は幅が２００μｍ以下である微小孔部［特に、短径が０．０５〜２００μｍであり且つ長径が０．０５μｍ以上（例えば、０．０５〜１０００００μｍ）である微小孔部（なかでも、微小貫通孔）］を形成することができるようになる。なお、長径が長い場合には直線状でなく、曲線、折れ曲がり線等の任意な形状であっても良い。
【００２８】
超短パルスレーザーの波長は、特に制限されず、多光子吸収過程を利用しているので、被加工プラスチック基材の樹脂成分の吸収波長（吸収のピーク波長又はその領域）よりも長い波長であってもよく、被加工プラスチック基材の樹脂成分の種類又はその吸収波長［吸収のピーク波長（特に、吸収のメインピーク波長）又はその領域］に応じて適宜選択することができる。具体的には、超短パルスレーザーの波長としては、例えば、紫外線領域〜近赤外線領域の領域内の波長であってもよく、従って、２００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内から適宜選択することができる。なお、超短パルスレーザーの波長としては、被加工プラスチック基材の樹脂成分の吸収波長（吸収のピーク波長）の倍波（２倍波、３倍波など）となる波長であることが好ましい。
【００２９】
また、超短パルスレーザーの繰り返しとしては、１Ｈｚから１００ＭＨｚの範囲で、通常は１０Ｈｚから５００ｋＨｚ程度である。
【００３０】
被加工プラスチック基材に対して、内部における単位体積当たりに照射されるエネルギーは、超短パルスレーザーの照射エネルギー、被加工プラスチック基材に照射する際に用いられる対物レンズの開口数（光源の絞り込み）、被加工プラスチック基材への照射位置又は焦点の深さ、レーザーの焦点の移動速度などに応じて適宜決めることができる。
【００３１】
本発明では、超短パルスレーザーの平均出力又は照射エネルギーとしては、特に制限されず、目的とする微小孔部（特に微小貫通孔）の大きさや形状等に応じて適宜選択することができ、例えば、１００００ｍＷ以下（例えば、１〜１０００ｍＷ）、好ましくは５〜５００ｍＷ、さらに好ましくは１０〜３００ｍＷ程度の範囲から選択することができる。
【００３２】
また、超短パルスレーザーの照射スポット径としては、特に制限されず、目的の微小孔部の大きさやその形状、レンズの大きさや開口数又は倍率などに応じて適宜選択することができ、例えば、０．１〜１０μｍ程度の範囲から選択することができる。
【００３３】
なお、レーザーの光線の焦点を絞って合わせるためにレンズを用いることができる。すなわち、レーザーの焦点を絞って合わせる必要が無い場合は、レンズを用いる必要はない。このようなレンズの開口数（ＮＡ）は、特に制限されず、対物レンズの倍率に応じて変更することができ、通常は、倍率としては２．５〜１００倍、開口数としては０．０５〜０．９５程度の範囲から選択される。
【００３４】
多光子吸収過程を利用したレーザー加工により、微小孔部を有するプラスチック構造体を製造する方法の一例として、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを用いてレーザー加工する方法の例を下記に示すが、もちろん、このレーザー加工方法に限定されない。パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを用いたレーザー加工方法としては、例えば、図５で示されているように、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材の表面及び／又は内部に、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザー（超短パルスレーザー）を照射することにより、被加工プラスチック基材に最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を形成する方法が挙げられる。図５は、微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法の一例を示す概略鳥瞰図である。図５において、１はプラスチックフィルム、１ａはプラスチックフィルム１の上面（表面）、１ｂはプラスチックフィルム１の底面（裏面）、Ｔはプラスチックフィルム１の厚さ、３はパルス幅が１０−９秒以下である超短パルスレーザー、４はレンズ、５はレーザー３の焦点である。また、６はレーザー３の照射方向であり、７はレーザー３の焦点５の移動方向である。
【００３５】
また、８１，８２，・・・，８ｎ（ｎは１以上の整数である）はそれぞれレーザー３の焦点５をライン状に移動させる際のラインである［以下、ライン（８１，８２，・・・，８ｎ）をライン８として総称する場合がある］。従って、ライン８は、焦点５の移動方向７と平行又は同一の方向に延びている。ライン８は、焦点５をライン状に移動させる際のラインであるので、焦点５がライン状に移動した軌跡（「ライン状移動軌跡」と称する場合がある）に対応又は相当する。なお、ライン８としては、ライン８１〜ライン８ｎまで単数ないし複数有しており、各ライン同士は平行な関係にある。
【００３６】
また、Ｌはライン８における隣接又は近接したライン（８１，８２，・・・，８ｎ）間の間隔を示している。該間隔Ｌは、特に制限されず、ラインの移動速度で決定することができる。間隔Ｌとしては、通常、５〜１０μｍ程度の範囲から選択される場合が多い。なお、超短パルスレーザーの照射装置にシャッターを設け、該シャッターを利用して、超短パルスレーザーによるレーザー光の光路を絶つことにより、ライン間隔を制御することができる。
【００３７】
図５では、レーザー３は、プラスチックフィルム１に向けて、照射方向６の向きで、すなわちＺ軸と平行な方向で、照射している。なお、レーザー３はレンズ４を用いることにより焦点を絞って合わせることができる。また、プラスチックフィルム１はフィルム状の形態を有しており、該プラスチックフィルム１の上面はＸ−Ｙ平面と平行な面（またはＺ軸と垂直）となっている。なお、プラスチックフィルム１の厚みＴは、レーザー３を照射方向６の向きに移動させずに照射しても（例えば、プラスチックフィルム１の表面に焦点を合わせて照射しても）、貫通孔を形成することが可能な薄さを有しており、具体的には、例えば、０．１〜１００００μｍ程度の厚さであってもよい。
【００３８】
また、レーザー３は、その焦点５を移動方向７の向き（すなわちＹ軸と平行な向き）に、ライン状に移動させながら照射させている。従って、その結果として、焦点５をライン８上をライン状に移動方向７の向きに移動させながら、レーザー３が照射されていることになる。前記移動方向７は、照射方向６に対して垂直な方向であり、且つプラスチックフィルム１の表面１ａに対して平行な方向である。従って、ライン８は、焦点５の移動方向７と平行であり、照射方向６とは垂直となっている。さらに、ライン８は、プラスチックフィルム１の表面１ａに対して平行な方向となっている。なお、レーザー３の焦点５を移動方向７にライン状に移動させる際の該焦点５の移動速度としては、特に制限されず、例えば、１０〜１，０００、０００μｍ／秒（好ましくは１００〜１０，０００μｍ／秒）程度の範囲から選択してもよい。
【００３９】
このように、プラスチックフィルム１に対してレーザー３を、照射方向６と垂直な方向である移動方向７に移動させながら照射することにより、独立孔部としての貫通孔（被加工プラスチック基材表面の形状が円形状となっている独立した微小貫通孔）が連結された形状又はこれに類似する形状の貫通孔（すなわち、連結孔部としての貫通孔）を形成することができる。すなわち、短径と長径とを有する微小貫通孔を形成することができる。
【００４０】
なお、被加工プラスチック基材の厚みが厚い場合、１パルスで穿孔できない場合や、長軸が長い孔を形成する場合などでは、超短パルスレーザーの照射装置にシャッターを設けて、ライン走査中に、超短パルスレーザーによるレーザー光の光路を制御することにより、単位面積あたりのショット数を増加させることができ、これにより、前記のような場合でも、優れた精度で効率よくレーザー加工を行うことができる。
【００４１】
一方、独立孔部（特に、プラスチック表面の形状が円形状となっている独立した微小貫通孔や微小陥没孔）は、レーザー３の焦点５を移動させず停止させた状態で照射し、該照射された部位と間隔をあけて再度停止状態で照射することを繰り返すことによって形成することができる。
【００４２】
また、被加工プラスチック基材の厚みが厚い場合、１パルスで穿孔できない場合などでは、図６に示されるように、レーザー３の焦点５を、照射方向６の方向に対して垂直となる方向への移動を停止した状態で、Ｚ軸方向（すなわち照射方向６）に焦点位置をずらしながら、上面（表面または一方の表面）から底面（裏面または他方の表面）に照射することによっても、独立孔部（特に、プラスチック表面の形状が円形状となっている独立した微小貫通孔や微小陥没孔）を形成することができる。この場合、焦点は、上面（表面）側の開始点９ａから底面（裏面）側の終了点９ｂに移動させている。このようなＺ軸方向への焦点の移動速度は、１〜５，０００μｍ／秒（好ましくは１０〜８００μｍ／秒）程度の範囲から選択してもよい。
【００４３】
さらにまた、このレーザー３の焦点５のＺ軸方向への移動と、移動方向７への移動とを連動させることによっても、例えば、レーザー３の焦点５を移動方向７には移動させずにＺ軸方向に移動させた後、一旦照射を遮断し、Ｚ軸方向復帰させた後、移動方向７に移動させて照射を再開することを繰り返すことによっても、独立孔部としての貫通孔（被加工プラスチック基材表面の形状が円形状となっている独立した微小貫通孔）が連結された形状又はこれに類似する形状の貫通孔（すなわち、連結孔部としての貫通孔）を形成することができる。
【００４４】
より具体的には、レーザー３を照射方向６の方向で、ライン８のうちいずれか１つのライン（ライン８１とする）の一方の末端部に焦点５を合わせて、照射し、この焦点５を移動方向７の方向にライン８１上をライン状にライン８１の他方の末端まで移動させる。その後、このライン８１上の焦点５の移動方法と同様の方法により、レーザー３の焦点５を他のライン（ライン８２とする）の一方の末端に合わせて他方の末端まで該ライン８２上をライン状に移動させる。さらに、このような焦点をライン８のうちいずれか１つのラインの一方の末端に合わせて他方の末端まで移動させることを必要なだけ繰り返すことにより、短径および長径（又は最小幅および最大長さ）を有する形状の微小孔部（微小貫通孔や微小陥没孔）を有するプラスチック構造体を作製することができる。
【００４５】
また、貫通孔を形成する際には、被加工プラスチック基材の厚みにもよるが、例えば、独立孔部としての微小貫通孔を形成する場合は、図６で示されるように、レーザー３を照射方向６の方向で照射し、その焦点を照射方向６（Ｚ軸方向）の方向に、９ａから９ｂ、又は９ｂから９ａに、ライン状に移動させる。その後、焦点の移動を停止して、前記照射した部位とは異なる部位に照射し、照射方向６（Ｚ軸方向）の方向に焦点を移動させる。さらに、このような焦点の照射方向６への移動を、異なる照射部位で、必要なだけ繰り返すことにより、微小貫通孔を有するプラスチック構造体を作製することができる。被加工プラスチック基材の厚みが薄い場合等では、レーザー３の焦点の照射方向６への移動を行わなくても、形成することができる場合がある。
【００４６】
もちろん、被加工プラスチック基材の厚みにもよるが、レーザー３の焦点５の移動を、移動方向７の方向への移動と、照射方向６の方向への移動とを組み合わせることにより、短径および長径を有する形状の微小貫通孔を有するプラスチック構造体を作製することができる。
【００４７】
なお、超短パルスレーザーの焦点の移動は、超短パルスレーザー及びレンズと、プラスチック構造体との相対位置を動かせることにより、例えば、超短パルスレーザー及びレンズ、及び／又は照射されるプラスチックを移動させることにより、行うことができる。具体的には、超短パルスレーザーの照射は、例えば、照射サンプル（照射される被加工プラスチック基材）を、２次元又は３次元の方向に精密に動かすことができる精密なＸＹＺステージに載せ、３次元的に移動させることにより、サンプル任意の場所に行うことができる。また、ＸＹＺステージの移動を時間的に設定することにより、照射を３次元的な連続性を持って任意に行うことができる。
【００４８】
なお、超短パルスレーザーの照射装置にシャッターを設けることにより、超短パルスレーザーのレーザー光の光路や照射を精密に且つ容易に制御することができ、超短パルスレーザーによるレーザー加工性を高めることができる。
【００４９】
このように、レーザー３をプラスチックフィルム１の表面や内部に外部から照射して、必要に応じて焦点をライン状（照射方向に平行な又はプラスチック表面に垂直なライン状や、照射方向に垂直な又はプラスチック表面に平行なライン状など）に移動させることにより、プラスチックフィルム１の表面等に、図１〜４に示されているような微小孔部（２ａ〜２ｄ）を形成することができる。例えば、単独孔部としての微小貫通孔は、被加工プラスチック基材の厚みにもよるが、被加工プラスチック基材の一方の表面から他方の表面にかけて（ライン状に）焦点を移動させながらレーザーを照射することにより形成することができる。単独孔部としての微小陥没孔は、レーザーの焦点を移動させず停止させた状態で、被加工プラスチック基材の表面又はその付近に焦点を合わせて、レーザーを照射することにより形成することができる。一方、連結孔部としての微小貫通孔は、レーザーの焦点を被加工プラスチック基材の表面又はその付近に合わせるとともに、該レーザーの焦点を被加工プラスチック基材表面と平行な方向に（ライン状に）、前者より遅い速度で移動させながら、必要に応じて超短パルスレーザーの照射装置に設けられたシャッターを開閉しながら、レーザーを照射することにより形成することができる。連結孔部としての微小陥没孔は、レーザーの焦点を被加工プラスチック基材の表面又はその付近に合わせるとともに、該レーザーの焦点を被加工プラスチック基材表面と平行な方向に（ライン状に）移動させながらレーザーを照射することにより形成することができる。
【００５０】
なお、微小孔部間の間隔［例えば、複数のライン状に形成された微小孔部の隣接するライン上における微小孔部間の間隔（すなわち、ライン８が形成された方向に対して垂直な方向における間隔）や、１つのライン上における独立孔部や連結孔部間の間隔など］、微小孔部の数（例えば、１つのライン上における独立孔部や連結孔部の数など）などは、特に制限されず、レーザーの照射条件や被加工プラスチック基材の素材等に応じて適宜選択することができる。
【００５１】
（孔部の形成前の被加工プラスチック基材）
本発明では、孔部の形成する前の被加工プラスチック基材としては、共重合体を含めた単一化学構造のポリマー材料からなるものだけでなく、異なる化学構造を有する複数のポリマー材料からなるポリマーアロイやポリマーブレンドも用いることができる。また、パルスレーザー照射に使用される被加工プラスチック基材としては、無機化合物や金属などの他の材料を分散状態で含んだ複合体であってもよく、異なるプラスチックや他の材料からなる層を含んだ２以上の層構造からなる積層体であってもよい。例えば、被加工物（微小孔部を有するプラスチック構造体）に導電性を付与するために、被加工プラスチック基材の材料（ポリマー成分）中にカーボンブラックが分散された被加工プラスチック基材を用いると、レーザー光の吸収効率が上がり、加工しやすくなる効果も発現する。
【００５２】
具体的には、被加工プラスチック基材としての前記ポリマー材料の代表的な例として、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのメタクリレート系樹脂；ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）などのスチレン系樹脂；ポリアミド；ポリイミド（ＰＩ）；ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）；ポリアミドイミド；ポリエステルイミド；ポリカーボネート（ＰＣ）；ポリアセタール；ポリフェニレンエーテルなどのポリアリーレンエーテル；ポリフェニレンスルフィド；ポリアリレート；ポリアリール；ポリスルホン（ポリサルホン）；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）（ポリエーテルサルホン）；ポリウレタン類；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル系樹脂；ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなどのポリエーテルケトン類；ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチルなどのポリアクリル酸エステル類；ポリブトオキシメチレンなどのポリビニルエステル類；ポリシロキサン類；ポリサルファイド類；ポリフォスファゼン類；ポリトリアジン類；ポリカーボラン類；ポリノルボルネン；エポキシ系樹脂；ポリビニルアルコール；ポリビニルピロリドン；ポリイソプレンやポリブタジエンなどのポリジエン類；ポリイソブチレンなどのポリアルケン類；フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素系樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン樹脂などの樹脂（熱可塑性樹脂など）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
ポリマー材料としては、微小孔部を有するプラスチック構造体の用途などに応じて適宜選択することができ、例えば、フィルター、セパレータ等の用途では、ポリマー材料としては、化学安定性等を考慮すると、フッ素系樹脂またはオレフィン系樹脂を好適に用いることができる。
【００５４】
被加工プラスチック基材としては、その厚みは特に制限されず、微小孔部を有するプラスチック構造体の用途に応じて適宜選択することができ、例えば、０．１μｍ以上（例えば、０．１μｍ〜１０ｍｍ）であってもよい。従って、被加工プラスチック基材としては、プラスチックシート又はフィルムであってもよく、プラスチック板であってもよい。なお、被加工プラスチック基材がプラスチックフィルムである場合、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により、微小孔部を有するプラスチックフィルムが得られる。本発明では、被加工プラスチック基材がプラスチックフィルムであっても（すなわち、その厚みが薄くても）、優れた精度でレーザー加工を行うことができる。被加工プラスチック基材がプラスチックフィルムである場合、その厚みは、例えば、０．１〜５００μｍ（好ましくは１〜３００μｍ、さらに好ましくは１０〜１５０μｍ）であってもよい。
【００５５】
本発明の方法により製造された微小孔部を有するプラスチック構造体は、表面や内部に精密に制御された微小な孔部（貫通孔や陥没孔）を有しているので、前記精密に制御して形成された微小孔部を利用した各種機能を効果的に発揮することができる。特に、微小孔部を有するプラスチック構造体は、微小貫通孔を有している場合、フィルター機能、メンブレン機能、セパレータ機能、霧化機能、ガス拡散化機能、ノズル機能や流路調整機能などを発揮することができる。
【００５６】
具体的には、本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体は、精密な空間や流路などを形成するスペーサー機能を利用したマイクロマシーンやセンサー、バイオ機器、マイクロリアクターチップ、埋め込み型人工臓器の他、マイクロフィルター、精密ろ過膜（マイクロメンブレン）、電池用セパレータ（例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の各種電池で利用される電池用セパレータ）、燃料電池の部材（例えば、ガス拡散層、集電層、透湿層、保湿層などの燃料電池で用いられる各種部材）、マイクロノズル（例えば、プリンター用マイクロノズル、噴射用マイクロノズル、噴霧用マイクロノズル、隙間用マイクロノズルなど）、ディストリビュータ、ガス拡散層、マイクロ流路などの各種機能部材に用いることができる。
【００５７】
特に、微小孔部を有するプラスチック構造体が、微小孔部を有するプラスチックフィルム（特に、微小貫通孔を有するプラスチックフィルム）である場合、マイクロフィルター、マイクロメンブレン、電池用セパレータ、燃料電池の部材、マイクロノズルなどのマイクロ機能フィルム部材として好適に利用することができる。なお、微小貫通孔を有するプラスチックフィルムをマイクロフィルターやマイクロメンブレンとして利用する場合、電池用セパレータや、燃料電池の部材などの他、バイオ、医療等の分離膜の用途で好適に用いることができる。
【００５８】
なお、微小貫通孔を有するプラスチックフィルムをマイクロフィルターやマイクロメンブレンとして利用する場合、微小貫通孔としては、最小の径又は幅が２００μｍ以下であればよいが、具体的には、前述のように、短径が０．０５〜２００μｍであり、長径が０．０５μｍ以上（例えば、０．０５〜１０００００μｍ）であってもよい。もちろん、長径は直線状であってもよく、曲線状や折れ曲がり線状であってもよい。該微小貫通孔は、プラスチックフィルムに、多数設けられていることが重要であり、整然と設けられていてもよく、ランダムに設けられていてもよい。従って、隣接する微小貫通孔間の間隔は、一定であってもよく、一定でなくランダムであってもよい。なお、微小貫通孔のフィルム表面での形状としては、前述のように、マクロ的又は全体的な観点からは、円形類似形状（円類似形状や楕円類似形状など）ないし四角形類似形状（正方形類似形状や長方形類似形状など）であることが好ましい。
【００５９】
微小孔部を有するプラスチック構造体は、そのままプラスチック部材として用いてもよく、他の部材と組み合わせて用いてもよい。微小孔部を有するプラスチック構造体には、任意の加工や処理を施すことができ、例えば、延伸や収縮などの加工処理や、さらに必要に応じて後処理を行うこともできる。
【００６０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００６１】
（実施例１）
０．０２５ｍｍ厚さのポリイミド（ＰＩ）フィルムの表面から裏面方向（他の表面の方向または奥方向）に移動速度８０００μｍ／ｓの条件で移動させながら、照射波長７８０ｎｍ、パルス幅１４０フェムト秒、繰り返し１ｋＨｚのチタン・サファイア・フェムト秒パルスレーザーを、照射出力５０ｍＷ、対物レンズの倍率１０倍で、照射スポット約１０μｍ径の条件で照射し、その後、純水中で超音波洗浄を行ったところ、微小貫通孔を有するプラスチックが得られた。この微小貫通孔を有するプラスチックを、光学顕微鏡で観察したところ、５μｍ径の貫通孔が８μｍ間隔の等間隔で形成していた。
【００６２】
（実施例２）
０．１５ｍｍ厚さで且つカーボンブラックが５０重量％混合されているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム（２倍延伸品）に、実施例１と同じパルスレーザーを、照射出力３０ｍＷで、移動速度５００μｍ／ｓで走査させながら、１秒ごとにシャターの開閉を繰り返し行った。その後、純水中で超音波洗浄を行ったところ、微小貫通孔を有するプラスチックが得られた。この微小貫通孔を有するプラスチックを、光学顕微鏡で観察したところ、短径２０μｍ幅、長径５００μｍの長溝状の貫通孔が等間隔で形成していた。
【００６３】
（実施例３）
１５ｍｍ厚さのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム（無延伸品）に、ＹＡＧレーザーの３倍波（波長３５５ｎｍ、パルスエネルギー５０ｎＪ／パルス、８０ＭＨｚ）のパルスレーザーを、５倍レンズで集光し、０．１秒間露光し、その後２００μｍ移動をして露光を行うことを繰り返し行った。その後、純水中で超音波洗浄を行ったところ、微小貫通孔を有するプラスチックが得られた。この微小貫通孔を有するプラスチックを、光学顕微鏡で観察したところ、径２０μｍ幅の貫通孔が等間隔で形成していた。
【００６４】
（実施例４）
０．０５ｍｍ厚さのポリエチレンフィルムに、実施例１と同じパルスレーザーを、照射出力２００ｍＷで回折素子を用いて５光束に分離し、そのうちの対角の４光束を５倍レンズで集光し、干渉をポリエチレンフィルム上で生じさせて、ポリエチレンフィルムに照射し、その後、純水中で超音波洗浄を行ったところ、微小貫通孔を有するプラスチックが得られた。この微小貫通孔を有するプラスチックを、光学顕微鏡で観察したところ、３０μｍ径の貫通孔が等間隔で４個形成していた。
【００６５】
（比較例１）
実施例２と同じフィルム（ＰＴＦＥフィルム；厚さ０．１５ｍｍ、カーボンブラック５０重量％含有、２倍延伸品）に、８０００μｍ／ｓの条件で移動させながら、照射波長１０６４ｎｍ、パルス幅８ナノ秒、繰り返し１００ＨｚのＮｄ−ＹＡＧパルスレーザーを、照射出力５０ｍＷ（５００μＪ／パルス）、対物レンズの倍率１０倍で、照射スポット約１０μｍ径の条件で照射したが、孔は形成できなかった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法によれば、プラスチックに、微小径の孔部を容易に形成することができる。さらに、マスクが不要であり、しかも、優れた生産性で微小な貫通孔及び／又は陥没孔を形成することができる。
このような製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体は、マイクロフィルター、マイクロメンブレン、電池用セパレータ、燃料電池の部材、マイクロノズルなどのマイクロ機能フィルム部材として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ１−Ｘ１´線における断面図である。
【図２】図２（ａ）は、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の他の例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＸ２−Ｘ２´線における断面図である。
【図３】図３（ａ）は、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＸ３−Ｘ３´線における断面図である。
【図４】図４（ａ）は、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の他の例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＸ４−Ｘ４´線における断面図である。
【図５】微小孔部を有するプラスチック構造体の形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。
【図６】微小孔部を有するプラスチック構造体の形成方法の他の例を示す概略鳥瞰図である。
【符号の説明】
１ プラスチックシート
２ａ 貫通孔
２ｂ 貫通孔
２ｃ 陥没孔
２ｄ 陥没孔
１ａ プラスチックシート１の上面（表面）
１ｂ プラスチックシート１の底面（裏面）
Ｔ プラスチックシート１の厚さ
３ パルス幅が１０−９秒以下である超短パルスレーザー
４ レンズ
５ レーザー３の焦点
６ レーザー３の照射方向
７ レーザー３の焦点５の移動方向
８ レーザー３の焦点５をライン状に移動させる際のライン
Ｌ ライン８における近接したライン間の間隔
９ａ レーザー３の焦点５における上面（表面）側の開始点
９ｂ レーザー３の焦点５における底面（裏面）側の終了点
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法及び該製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、プラスチック部品の高機能化、高性能化の要求が高くなってきている。それらの要求に対して、プラスチック材料自身をポリマーアロイ化したり複合化したりする材料面での技術対応と、要求機能に合わせて機能部位を付加する加工面での技術対応の二つの取り組みが行われている。プラスチック部品の表面の高機能化・高性能化は、表面の濡れ性、接着性、吸着性、制電性、水分やガスに対するバリアー性、表面硬さ、光反射性、光散乱性、光透過性などの制御の必要性から、材料・加工両面から色々な技術的な取り組みがされてきている。例えば、プラスチック部品に、微細孔の形成によって、フィルター、メンブレン、セパレータなどの機能を付加する際には、主に延伸、抽出、相分離などの方法が利用されている。
【０００３】
一方、レーザー光源に関する技術進歩は著しく、特に、パルスレーザーは、ナノ（１０−９）秒からピコ（１０−１２）秒と超短パルス化が進み、更に最近では、チタン・サファイア結晶などをレーザー媒質とするフェムト（１０−１５）秒パルスレーザーなどが開発されてきている。ピコ秒やフェムト秒などの超短パルスレーザーシステムは、通常のレーザーの持つ、指向性、空間的・時間的コヒーレンスなどの特徴に加えて、パルス幅が極めて狭く、同じ平均出力でも単位時間・単位空間当りの電場強度が極めて高いことから、物質中に照射して高い電場強度を利用して誘起構造を形成させる試みが、無機ガラス材料を主な対象物として行われてきている。
【０００４】
なお、従来、高分子材料（ポリエチレンテレフタレートなど）からなるフィルムに、レーザー光を照射して穿孔加工を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１１８５６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平１０−１１８５６９号公報に記載のレーザーを用いた微細粒子加工分級用フィルターの製造方法では、超短パルスレーザーの特有の効果が発揮されておらず、プラスチックに、微小径の孔部（特に、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔からなる微小孔部）を形成することができない。
【０００７】
従って、本発明の課題は、プラスチックに、微小径の孔部を容易に形成することができる微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法及び該製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体を提供することにある。
本発明の他の課題は、さらに、マスクが不要であり、しかも、優れた生産性で微小な貫通孔及び／又は陥没孔を形成することができる微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法及び該製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、プラスチックフィルムに、パルス幅が１０−９秒以下で且つ波長が可視光領域の超短パルスのレーザーを照射すると、多光子吸収が生じることにより、プラスチックフィルムに精密な微小孔部を形成することができることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有するプラスチック構造体の製造方法であって、前記孔部を、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成することを特徴とする微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法では、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材としては、プラスチックシート又はフィルムを好適に用いることができる。
【００１１】
微小孔部を有するプラスチック構造体としては、微小孔部を有するプラスチック構造体が、貫通孔を有し、且つフィルター機能、メンブレン機能、セパレータ機能、霧化機能、ガス拡散化機能、ノズル機能、または流路調整機能を有していることが好ましい。
【００１２】
多光子吸収過程を利用したレーザー加工としては、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを用いたレーザー加工であってもよく、該パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーとしては、紫外線波長領域〜近赤外線波長領域の波長を有する超短パルスのレーザーであってもよい。このようなパルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーは、多光束干渉で照射することができる。また、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを、該超短パルスのレーザーの照射方向に対して垂直な方向に且つプラスチック表面に対して平行な方向に、超短パルスのレーザーの焦点を移動させながら照射することが好ましい。
【００１３】
なお、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材は、素材としてフッ素系樹脂またはオレフィン系樹脂を含有していることが好ましく、表面及び／又は内部に、無機微粒子を含有していてもよい。
【００１４】
また、本発明は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有するプラスチック構造体であって、前記孔部が、前記微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法により形成されていることを特徴とする微小孔部を有するプラスチック構造体を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、必要に応じて図面を参照しつつ説明する。なお、同一の部位又は部材には同一の符号を付している場合がある。
（微小孔部を有するプラスチック構造体）
本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である微小孔部を有するプラスチック構造体であり、前記孔部が、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成されている。このような微小孔部（単に「孔部」と称する場合がある）としては、一方の表面から他方の表面に貫通している形状の貫通孔、表面から内部に陥没している形状の陥没孔のいずれであってもよく、貫通孔および陥没孔が組み合わせられていてもよい。すなわち、微小孔部を有するプラスチック構造体は、孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有することができる。
【００１６】
このような微小孔部を有するプラスチック構造体としては、例えば、図１〜４に示されるような微小貫通孔や微小陥没孔を有するプラスチック構造体が挙げられる。図１〜２は、それぞれ、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の例を模式的に示す概略鳥瞰図である。具体的には、図１（ａ）は、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ１−Ｘ１´線における断面図である。また、図２（ａ）は、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の他の例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＸ２−Ｘ２´線における断面図である。図１の微小貫通孔を有するプラスチック構造体は、プラスチックフィルム１の一方の表面から他方の表面に貫通して形成された貫通孔２ａを複数個有している。また、図２の微小貫通孔を有するプラスチック構造体は、プラスチックフィルム１の一方の表面から他方の表面に貫通して形成された貫通孔２ｂを複数個有している。具体的には、貫通孔２ａは、円筒状の形状を有している。貫通孔２ｂは、前記円筒状の貫通孔２ａが複数連結した形状又はこれに類似する形状を有している。従って、貫通孔２ｂは、短径（幅）は微小であるが、微小ではない長径を有する構造の貫通孔となっている。
【００１７】
また、図３〜４は、それぞれ、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の例を模式的に示す概略鳥瞰図である。具体的には、図３（ａ）は、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＸ３−Ｘ３´線における断面図である。また、図４（ａ）は、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の他の例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＸ４−Ｘ４´線における断面図である。図３の微小陥没孔を有するプラスチック構造体は、プラスチックフィルム１の表面に、該プラスチックフィルム１の表面から内部に陥没して形成された陥没孔（凹部）２ｃを複数個有している。また、図４の微小陥没孔を有するプラスチック構造体は、プラスチックフィルム１の表面から内部に陥没して形成された陥没孔（凹部）２ｄを複数個有している。具体的には、陥没孔２ｃの断面は、略半円、略半楕円又は略三角形（なお、図３では、略半円または略半楕円として例示している）の形状を有することができ、陥没孔２ｄは、前記断面形状の陥没孔２ｃで切り込まれたような形状又はこれに類似する形状を有している。従って、陥没孔２ｄは、短径（幅）は微小であるが、微小ではない長径を有する構造（溝状の構造）の陥没孔となっており、その断面形状は、前記陥没孔２ｃの断面形状（例えば、略半円、略半楕円、略三角形など）と同様の形状を有することができる。
【００１８】
このように微小孔部を有するプラスチック構造体として、微小貫通孔２ａや微小陥没孔２ｃ等のような、プラスチック表面の形状が円形状となっている貫通孔や陥没孔（「単独孔部」と称する場合がある）が形成されたプラスチックや、微小貫通孔２ｂや微小陥没孔２ｄ等のような、前記単独孔部が連結された形状又はこれに類似する形状の貫通孔や陥没孔（「連結孔部」と称する場合がある）が形成されたプラスチックを形成することができる。
【００１９】
前記微小孔部（微小貫通孔２ａ，２ｂや、微小陥没孔２ｃ，２ｄ）の径は、最小の径又は幅が２００μｍ以下であればよく、例えば、０．０５〜２００μｍ（好ましくは０．０５〜１００μｍ、さらに好ましくは０．５〜５０μｍ）の範囲から選択することができる。微小孔部が単独孔部である場合は、その径としては、直径（又は平均径）を意味しており、連結孔部である場合は、径としては幅を意味している。また、微小孔部の径は、プラスチック表面（又は該表面と同一の面）における径を意味している。
【００２０】
なお、微小孔部が、連結孔部の場合のように、長径と短径とを有するような形状を有している場合、その径としては、短径が２００μｍ以下であればよく、長径の長さは特に制限されない。具体的には、微小孔部の径としては、例えば、短径が０．０５〜２００μｍであり、長径が０．０５μｍ以上（例えば、０．０５〜１０００００μｍ）であってもよい。また、好ましい微小孔部の径としては、短径が０．０５〜１００μｍであり且つ長径が０．１μｍ以上（例えば、０．１〜５０００μｍ）であり、さらには、短径が０．５〜５０μｍであり且つ長径が０．１〜１０００μｍであることが好ましい。
【００２１】
特に、微小孔部が、貫通していない場合（微小陥没孔の場合）、短径が０．０５〜２００μｍで、長径が基材の端から端までのスリット溝状の陥没孔であってもよい。
【００２２】
なお、微小孔部が、微小陥没孔（凹部）の場合、微小陥没孔の深さは、特に制限されないが、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材（プラスチック基材）の厚みなどに応じて適宜選択することができ、例えば、０．１μｍ以上（例えば、０．１〜１０μｍ、好ましくは０．５〜８μｍ）の範囲から選択することができる。
【００２３】
また、微小孔部のプラスチック構造体の表面での形状としては、特に制限されず、不定形であってもよいが、例えば、マクロ的又は全体的な観点から、円形類似形状（円類似形状や楕円類似形状など）ないし四角形類似形状（正方形類似形状や長方形類似形状など）であってもよい。従って、微小孔部のプラスチック構造体表面での形状は、ミクロ的な観点からは、例えば、円形類似形状の円周がギザギザ状、波状、鋸状など曲線状であってもよく、また、四角形類似形状の長辺が直線ではなく、ギザギザ状、波状、鋸状など曲線状や折れ曲がり線状であってもよい。
【００２４】
微小孔部を有するプラスチック構造体としては、微小孔部を、１つのみ有していてもよく、図１〜４で示されるように複数有していてもよい。微小孔部を複数有する場合、隣り合った孔部間の間隔は、前記最小の径又は幅と同じかそれ以上であることが好ましい。隣り合った孔部間の間隔は、一定であっても、一定でなくてもよい。なお、隣り合った孔部間の間隔としては、孔部が単独孔部である場合、プラスチック表面の円形状の中心間距離を意味し、孔部が連結孔部である場合、プラスチック表面の幅方向における中心間距離を意味することができる。
【００２５】
（微小孔部を有するプラスチック構造体の形成）
本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体は、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成することができる。多光子吸収過程を利用することにより、使用するレーザー光の波長が、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材の素材（ポリマー成分）による吸収波長よりも長くても、前記被加工プラスチック基材に、最小の径又は幅が２００μｍ以下である微小孔部を形成する加工を行うことができる。すなわち、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により、微細加工を効率よく、しかも優れた精度で行うことができる。
【００２６】
なお、多光子吸収過程を利用したレーザー加工とは、高密度の光子が存在する場合に、複数の光子が物質に同時に吸収され、本来、その１光子のエネルギーでは生じ得なかった現象を利用する加工を意味している。また、非線形現象を利用した加工であるので、光を用いているにもかかわらず、照射波長の回折限界を超える加工も可能である。
【００２７】
このような多光子吸収過程を利用したレーザー加工方法としては、レーザーを照射して加工する際に、多光子吸収過程を利用して加工する方法であれば特に制限されず、例えば、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザー（「超短パルスレーザー」又は「レーザー」と称する場合がある）を用いたレーザー加工方法を好適に採用することができる。このような超短パルスレーザーとしては、チタン・サファイア結晶を媒質とするレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得られたパルス幅が１０−９秒以下のパルスレーザー、エキシマレーザーやＹＡＧレーザー（Ｎｄ−ＹＡＧレーザー等）の倍波によるパルス幅が１０−９秒以下のパルスレーザーなどを用いることができ、特に、チタン・サファイア結晶を媒質とするレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得られたパルス幅が１０−１２秒〜１０−１５秒のフェムト秒のオーダーのパルスレーザー（フェムト秒パルスレーザー）を好適に用いることができる。もちろん、超短パルスレーザーにおけるパルス幅は、１０−９秒以下であれば特に制限されず、例えば、１０−９秒から１０−１２秒のピコ秒オーダーや、１０−１２秒から１０−１５秒のフェムト秒のオーダー（好ましくは１０−１２秒から１０−１５秒のフェムト秒のオーダー）であり、通常は、１００フェムト秒（１０−１３秒）程度である。このようなチタン・サファイア結晶を媒質とするレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得られたパルス幅が１０−９秒以下のパルスレーザーや、エキシマレーザーやＹＡＧレーザー（Ｎｄ−ＹＡＧレーザー等）の倍波によるパルス幅が１０−９秒以下のパルスレーザーなどの超短パルスレーザーを用いると、パルスエネルギーが高いので、多光子吸収過程を利用したレーザー加工を行うことができ、その尖塔のパワーにより波長より狭い幅の微細加工を行うことができるようになる。従って、超短パルスレーザーを用いて多光子吸収過程を利用したレーザー加工により、最小の径又は幅が２００μｍ以下である微小孔部［特に、短径が０．０５〜２００μｍであり且つ長径が０．０５μｍ以上（例えば、０．０５〜１０００００μｍ）である微小孔部（なかでも、微小貫通孔）］を形成することができるようになる。なお、長径が長い場合には直線状でなく、曲線、折れ曲がり線等の任意な形状であっても良い。
【００２８】
超短パルスレーザーの波長は、特に制限されず、多光子吸収過程を利用しているので、被加工プラスチック基材の樹脂成分の吸収波長（吸収のピーク波長又はその領域）よりも長い波長であってもよく、被加工プラスチック基材の樹脂成分の種類又はその吸収波長［吸収のピーク波長（特に、吸収のメインピーク波長）又はその領域］に応じて適宜選択することができる。具体的には、超短パルスレーザーの波長としては、例えば、紫外線領域〜近赤外線領域の領域内の波長であってもよく、従って、２００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内から適宜選択することができる。なお、超短パルスレーザーの波長としては、被加工プラスチック基材の樹脂成分の吸収波長（吸収のピーク波長）の倍波（２倍波、３倍波など）となる波長であることが好ましい。
【００２９】
また、超短パルスレーザーの繰り返しとしては、１Ｈｚから１００ＭＨｚの範囲で、通常は１０Ｈｚから５００ｋＨｚ程度である。
【００３０】
被加工プラスチック基材に対して、内部における単位体積当たりに照射されるエネルギーは、超短パルスレーザーの照射エネルギー、被加工プラスチック基材に照射する際に用いられる対物レンズの開口数（光源の絞り込み）、被加工プラスチック基材への照射位置又は焦点の深さ、レーザーの焦点の移動速度などに応じて適宜決めることができる。
【００３１】
本発明では、超短パルスレーザーの平均出力又は照射エネルギーとしては、特に制限されず、目的とする微小孔部（特に微小貫通孔）の大きさや形状等に応じて適宜選択することができ、例えば、１００００ｍＷ以下（例えば、１〜１０００ｍＷ）、好ましくは５〜５００ｍＷ、さらに好ましくは１０〜３００ｍＷ程度の範囲から選択することができる。
【００３２】
また、超短パルスレーザーの照射スポット径としては、特に制限されず、目的の微小孔部の大きさやその形状、レンズの大きさや開口数又は倍率などに応じて適宜選択することができ、例えば、０．１〜１０μｍ程度の範囲から選択することができる。
【００３３】
なお、レーザーの光線の焦点を絞って合わせるためにレンズを用いることができる。すなわち、レーザーの焦点を絞って合わせる必要が無い場合は、レンズを用いる必要はない。このようなレンズの開口数（ＮＡ）は、特に制限されず、対物レンズの倍率に応じて変更することができ、通常は、倍率としては２．５〜１００倍、開口数としては０．０５〜０．９５程度の範囲から選択される。
【００３４】
多光子吸収過程を利用したレーザー加工により、微小孔部を有するプラスチック構造体を製造する方法の一例として、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを用いてレーザー加工する方法の例を下記に示すが、もちろん、このレーザー加工方法に限定されない。パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを用いたレーザー加工方法としては、例えば、図５で示されているように、孔部を形成する前の被加工プラスチック基材の表面及び／又は内部に、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザー（超短パルスレーザー）を照射することにより、被加工プラスチック基材に最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を形成する方法が挙げられる。図５は、微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法の一例を示す概略鳥瞰図である。図５において、１はプラスチックフィルム、１ａはプラスチックフィルム１の上面（表面）、１ｂはプラスチックフィルム１の底面（裏面）、Ｔはプラスチックフィルム１の厚さ、３はパルス幅が１０−９秒以下である超短パルスレーザー、４はレンズ、５はレーザー３の焦点である。また、６はレーザー３の照射方向であり、７はレーザー３の焦点５の移動方向である。
【００３５】
また、８１，８２，・・・，８ｎ（ｎは１以上の整数である）はそれぞれレーザー３の焦点５をライン状に移動させる際のラインである［以下、ライン（８１，８２，・・・，８ｎ）をライン８として総称する場合がある］。従って、ライン８は、焦点５の移動方向７と平行又は同一の方向に延びている。ライン８は、焦点５をライン状に移動させる際のラインであるので、焦点５がライン状に移動した軌跡（「ライン状移動軌跡」と称する場合がある）に対応又は相当する。なお、ライン８としては、ライン８１〜ライン８ｎまで単数ないし複数有しており、各ライン同士は平行な関係にある。
【００３６】
また、Ｌはライン８における隣接又は近接したライン（８１，８２，・・・，８ｎ）間の間隔を示している。該間隔Ｌは、特に制限されず、ラインの移動速度で決定することができる。間隔Ｌとしては、通常、５〜１０μｍ程度の範囲から選択される場合が多い。なお、超短パルスレーザーの照射装置にシャッターを設け、該シャッターを利用して、超短パルスレーザーによるレーザー光の光路を絶つことにより、ライン間隔を制御することができる。
【００３７】
図５では、レーザー３は、プラスチックフィルム１に向けて、照射方向６の向きで、すなわちＺ軸と平行な方向で、照射している。なお、レーザー３はレンズ４を用いることにより焦点を絞って合わせることができる。また、プラスチックフィルム１はフィルム状の形態を有しており、該プラスチックフィルム１の上面はＸ−Ｙ平面と平行な面（またはＺ軸と垂直）となっている。なお、プラスチックフィルム１の厚みＴは、レーザー３を照射方向６の向きに移動させずに照射しても（例えば、プラスチックフィルム１の表面に焦点を合わせて照射しても）、貫通孔を形成することが可能な薄さを有しており、具体的には、例えば、０．１〜１００００μｍ程度の厚さであってもよい。
【００３８】
また、レーザー３は、その焦点５を移動方向７の向き（すなわちＹ軸と平行な向き）に、ライン状に移動させながら照射させている。従って、その結果として、焦点５をライン８上をライン状に移動方向７の向きに移動させながら、レーザー３が照射されていることになる。前記移動方向７は、照射方向６に対して垂直な方向であり、且つプラスチックフィルム１の表面１ａに対して平行な方向である。従って、ライン８は、焦点５の移動方向７と平行であり、照射方向６とは垂直となっている。さらに、ライン８は、プラスチックフィルム１の表面１ａに対して平行な方向となっている。なお、レーザー３の焦点５を移動方向７にライン状に移動させる際の該焦点５の移動速度としては、特に制限されず、例えば、１０〜１，０００、０００μｍ／秒（好ましくは１００〜１０，０００μｍ／秒）程度の範囲から選択してもよい。
【００３９】
このように、プラスチックフィルム１に対してレーザー３を、照射方向６と垂直な方向である移動方向７に移動させながら照射することにより、独立孔部としての貫通孔（被加工プラスチック基材表面の形状が円形状となっている独立した微小貫通孔）が連結された形状又はこれに類似する形状の貫通孔（すなわち、連結孔部としての貫通孔）を形成することができる。すなわち、短径と長径とを有する微小貫通孔を形成することができる。
【００４０】
なお、被加工プラスチック基材の厚みが厚い場合、１パルスで穿孔できない場合や、長軸が長い孔を形成する場合などでは、超短パルスレーザーの照射装置にシャッターを設けて、ライン走査中に、超短パルスレーザーによるレーザー光の光路を制御することにより、単位面積あたりのショット数を増加させることができ、これにより、前記のような場合でも、優れた精度で効率よくレーザー加工を行うことができる。
【００４１】
一方、独立孔部（特に、プラスチック表面の形状が円形状となっている独立した微小貫通孔や微小陥没孔）は、レーザー３の焦点５を移動させず停止させた状態で照射し、該照射された部位と間隔をあけて再度停止状態で照射することを繰り返すことによって形成することができる。
【００４２】
また、被加工プラスチック基材の厚みが厚い場合、１パルスで穿孔できない場合などでは、図６に示されるように、レーザー３の焦点５を、照射方向６の方向に対して垂直となる方向への移動を停止した状態で、Ｚ軸方向（すなわち照射方向６）に焦点位置をずらしながら、上面（表面または一方の表面）から底面（裏面または他方の表面）に照射することによっても、独立孔部（特に、プラスチック表面の形状が円形状となっている独立した微小貫通孔や微小陥没孔）を形成することができる。この場合、焦点は、上面（表面）側の開始点９ａから底面（裏面）側の終了点９ｂに移動させている。このようなＺ軸方向への焦点の移動速度は、１〜５，０００μｍ／秒（好ましくは１０〜８００μｍ／秒）程度の範囲から選択してもよい。
【００４３】
さらにまた、このレーザー３の焦点５のＺ軸方向への移動と、移動方向７への移動とを連動させることによっても、例えば、レーザー３の焦点５を移動方向７には移動させずにＺ軸方向に移動させた後、一旦照射を遮断し、Ｚ軸方向復帰させた後、移動方向７に移動させて照射を再開することを繰り返すことによっても、独立孔部としての貫通孔（被加工プラスチック基材表面の形状が円形状となっている独立した微小貫通孔）が連結された形状又はこれに類似する形状の貫通孔（すなわち、連結孔部としての貫通孔）を形成することができる。
【００４４】
より具体的には、レーザー３を照射方向６の方向で、ライン８のうちいずれか１つのライン（ライン８１とする）の一方の末端部に焦点５を合わせて、照射し、この焦点５を移動方向７の方向にライン８１上をライン状にライン８１の他方の末端まで移動させる。その後、このライン８１上の焦点５の移動方法と同様の方法により、レーザー３の焦点５を他のライン（ライン８２とする）の一方の末端に合わせて他方の末端まで該ライン８２上をライン状に移動させる。さらに、このような焦点をライン８のうちいずれか１つのラインの一方の末端に合わせて他方の末端まで移動させることを必要なだけ繰り返すことにより、短径および長径（又は最小幅および最大長さ）を有する形状の微小孔部（微小貫通孔や微小陥没孔）を有するプラスチック構造体を作製することができる。
【００４５】
また、貫通孔を形成する際には、被加工プラスチック基材の厚みにもよるが、例えば、独立孔部としての微小貫通孔を形成する場合は、図６で示されるように、レーザー３を照射方向６の方向で照射し、その焦点を照射方向６（Ｚ軸方向）の方向に、９ａから９ｂ、又は９ｂから９ａに、ライン状に移動させる。その後、焦点の移動を停止して、前記照射した部位とは異なる部位に照射し、照射方向６（Ｚ軸方向）の方向に焦点を移動させる。さらに、このような焦点の照射方向６への移動を、異なる照射部位で、必要なだけ繰り返すことにより、微小貫通孔を有するプラスチック構造体を作製することができる。被加工プラスチック基材の厚みが薄い場合等では、レーザー３の焦点の照射方向６への移動を行わなくても、形成することができる場合がある。
【００４６】
もちろん、被加工プラスチック基材の厚みにもよるが、レーザー３の焦点５の移動を、移動方向７の方向への移動と、照射方向６の方向への移動とを組み合わせることにより、短径および長径を有する形状の微小貫通孔を有するプラスチック構造体を作製することができる。
【００４７】
なお、超短パルスレーザーの焦点の移動は、超短パルスレーザー及びレンズと、プラスチック構造体との相対位置を動かせることにより、例えば、超短パルスレーザー及びレンズ、及び／又は照射されるプラスチックを移動させることにより、行うことができる。具体的には、超短パルスレーザーの照射は、例えば、照射サンプル（照射される被加工プラスチック基材）を、２次元又は３次元の方向に精密に動かすことができる精密なＸＹＺステージに載せ、３次元的に移動させることにより、サンプル任意の場所に行うことができる。また、ＸＹＺステージの移動を時間的に設定することにより、照射を３次元的な連続性を持って任意に行うことができる。
【００４８】
なお、超短パルスレーザーの照射装置にシャッターを設けることにより、超短パルスレーザーのレーザー光の光路や照射を精密に且つ容易に制御することができ、超短パルスレーザーによるレーザー加工性を高めることができる。
【００４９】
このように、レーザー３をプラスチックフィルム１の表面や内部に外部から照射して、必要に応じて焦点をライン状（照射方向に平行な又はプラスチック表面に垂直なライン状や、照射方向に垂直な又はプラスチック表面に平行なライン状など）に移動させることにより、プラスチックフィルム１の表面等に、図１〜４に示されているような微小孔部（２ａ〜２ｄ）を形成することができる。例えば、単独孔部としての微小貫通孔は、被加工プラスチック基材の厚みにもよるが、被加工プラスチック基材の一方の表面から他方の表面にかけて（ライン状に）焦点を移動させながらレーザーを照射することにより形成することができる。単独孔部としての微小陥没孔は、レーザーの焦点を移動させず停止させた状態で、被加工プラスチック基材の表面又はその付近に焦点を合わせて、レーザーを照射することにより形成することができる。一方、連結孔部としての微小貫通孔は、レーザーの焦点を被加工プラスチック基材の表面又はその付近に合わせるとともに、該レーザーの焦点を被加工プラスチック基材表面と平行な方向に（ライン状に）、前者より遅い速度で移動させながら、必要に応じて超短パルスレーザーの照射装置に設けられたシャッターを開閉しながら、レーザーを照射することにより形成することができる。連結孔部としての微小陥没孔は、レーザーの焦点を被加工プラスチック基材の表面又はその付近に合わせるとともに、該レーザーの焦点を被加工プラスチック基材表面と平行な方向に（ライン状に）移動させながらレーザーを照射することにより形成することができる。
【００５０】
なお、微小孔部間の間隔［例えば、複数のライン状に形成された微小孔部の隣接するライン上における微小孔部間の間隔（すなわち、ライン８が形成された方向に対して垂直な方向における間隔）や、１つのライン上における独立孔部や連結孔部間の間隔など］、微小孔部の数（例えば、１つのライン上における独立孔部や連結孔部の数など）などは、特に制限されず、レーザーの照射条件や被加工プラスチック基材の素材等に応じて適宜選択することができる。
【００５１】
（孔部の形成前の被加工プラスチック基材）
本発明では、孔部の形成する前の被加工プラスチック基材としては、共重合体を含めた単一化学構造のポリマー材料からなるものだけでなく、異なる化学構造を有する複数のポリマー材料からなるポリマーアロイやポリマーブレンドも用いることができる。また、パルスレーザー照射に使用される被加工プラスチック基材としては、無機化合物や金属などの他の材料を分散状態で含んだ複合体であってもよく、異なるプラスチックや他の材料からなる層を含んだ２以上の層構造からなる積層体であってもよい。例えば、被加工物（微小孔部を有するプラスチック構造体）に導電性を付与するために、被加工プラスチック基材の材料（ポリマー成分）中にカーボンブラックが分散された被加工プラスチック基材を用いると、レーザー光の吸収効率が上がり、加工しやすくなる効果も発現する。
【００５２】
具体的には、被加工プラスチック基材としての前記ポリマー材料の代表的な例として、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのメタクリレート系樹脂；ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）などのスチレン系樹脂；ポリアミド；ポリイミド（ＰＩ）；ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）；ポリアミドイミド；ポリエステルイミド；ポリカーボネート（ＰＣ）；ポリアセタール；ポリフェニレンエーテルなどのポリアリーレンエーテル；ポリフェニレンスルフィド；ポリアリレート；ポリアリール；ポリスルホン（ポリサルホン）；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）（ポリエーテルサルホン）；ポリウレタン類；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル系樹脂；ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなどのポリエーテルケトン類；ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチルなどのポリアクリル酸エステル類；ポリブトオキシメチレンなどのポリビニルエステル類；ポリシロキサン類；ポリサルファイド類；ポリフォスファゼン類；ポリトリアジン類；ポリカーボラン類；ポリノルボルネン；エポキシ系樹脂；ポリビニルアルコール；ポリビニルピロリドン；ポリイソプレンやポリブタジエンなどのポリジエン類；ポリイソブチレンなどのポリアルケン類；フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素系樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン樹脂などの樹脂（熱可塑性樹脂など）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
ポリマー材料としては、微小孔部を有するプラスチック構造体の用途などに応じて適宜選択することができ、例えば、フィルター、セパレータ等の用途では、ポリマー材料としては、化学安定性等を考慮すると、フッ素系樹脂またはオレフィン系樹脂を好適に用いることができる。
【００５４】
被加工プラスチック基材としては、その厚みは特に制限されず、微小孔部を有するプラスチック構造体の用途に応じて適宜選択することができ、例えば、０．１μｍ以上（例えば、０．１μｍ〜１０ｍｍ）であってもよい。従って、被加工プラスチック基材としては、プラスチックシート又はフィルムであってもよく、プラスチック板であってもよい。なお、被加工プラスチック基材がプラスチックフィルムである場合、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により、微小孔部を有するプラスチックフィルムが得られる。本発明では、被加工プラスチック基材がプラスチックフィルムであっても（すなわち、その厚みが薄くても）、優れた精度でレーザー加工を行うことができる。被加工プラスチック基材がプラスチックフィルムである場合、その厚みは、例えば、０．１〜５００μｍ（好ましくは１〜３００μｍ、さらに好ましくは１０〜１５０μｍ）であってもよい。
【００５５】
本発明の方法により製造された微小孔部を有するプラスチック構造体は、表面や内部に精密に制御された微小な孔部（貫通孔や陥没孔）を有しているので、前記精密に制御して形成された微小孔部を利用した各種機能を効果的に発揮することができる。特に、微小孔部を有するプラスチック構造体は、微小貫通孔を有している場合、フィルター機能、メンブレン機能、セパレータ機能、霧化機能、ガス拡散化機能、ノズル機能や流路調整機能などを発揮することができる。
【００５６】
具体的には、本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体は、精密な空間や流路などを形成するスペーサー機能を利用したマイクロマシーンやセンサー、バイオ機器、マイクロリアクターチップ、埋め込み型人工臓器の他、マイクロフィルター、精密ろ過膜（マイクロメンブレン）、電池用セパレータ（例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の各種電池で利用される電池用セパレータ）、燃料電池の部材（例えば、ガス拡散層、集電層、透湿層、保湿層などの燃料電池で用いられる各種部材）、マイクロノズル（例えば、プリンター用マイクロノズル、噴射用マイクロノズル、噴霧用マイクロノズル、隙間用マイクロノズルなど）、ディストリビュータ、ガス拡散層、マイクロ流路などの各種機能部材に用いることができる。
【００５７】
特に、微小孔部を有するプラスチック構造体が、微小孔部を有するプラスチックフィルム（特に、微小貫通孔を有するプラスチックフィルム）である場合、マイクロフィルター、マイクロメンブレン、電池用セパレータ、燃料電池の部材、マイクロノズルなどのマイクロ機能フィルム部材として好適に利用することができる。なお、微小貫通孔を有するプラスチックフィルムをマイクロフィルターやマイクロメンブレンとして利用する場合、電池用セパレータや、燃料電池の部材などの他、バイオ、医療等の分離膜の用途で好適に用いることができる。
【００５８】
なお、微小貫通孔を有するプラスチックフィルムをマイクロフィルターやマイクロメンブレンとして利用する場合、微小貫通孔としては、最小の径又は幅が２００μｍ以下であればよいが、具体的には、前述のように、短径が０．０５〜２００μｍであり、長径が０．０５μｍ以上（例えば、０．０５〜１０００００μｍ）であってもよい。もちろん、長径は直線状であってもよく、曲線状や折れ曲がり線状であってもよい。該微小貫通孔は、プラスチックフィルムに、多数設けられていることが重要であり、整然と設けられていてもよく、ランダムに設けられていてもよい。従って、隣接する微小貫通孔間の間隔は、一定であってもよく、一定でなくランダムであってもよい。なお、微小貫通孔のフィルム表面での形状としては、前述のように、マクロ的又は全体的な観点からは、円形類似形状（円類似形状や楕円類似形状など）ないし四角形類似形状（正方形類似形状や長方形類似形状など）であることが好ましい。
【００５９】
微小孔部を有するプラスチック構造体は、そのままプラスチック部材として用いてもよく、他の部材と組み合わせて用いてもよい。微小孔部を有するプラスチック構造体には、任意の加工や処理を施すことができ、例えば、延伸や収縮などの加工処理や、さらに必要に応じて後処理を行うこともできる。
【００６０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００６１】
（実施例１）
０．０２５ｍｍ厚さのポリイミド（ＰＩ）フィルムの表面から裏面方向（他の表面の方向または奥方向）に移動速度８０００μｍ／ｓの条件で移動させながら、照射波長７８０ｎｍ、パルス幅１４０フェムト秒、繰り返し１ｋＨｚのチタン・サファイア・フェムト秒パルスレーザーを、照射出力５０ｍＷ、対物レンズの倍率１０倍で、照射スポット約１０μｍ径の条件で照射し、その後、純水中で超音波洗浄を行ったところ、微小貫通孔を有するプラスチックが得られた。この微小貫通孔を有するプラスチックを、光学顕微鏡で観察したところ、５μｍ径の貫通孔が８μｍ間隔の等間隔で形成していた。
【００６２】
（実施例２）
０．１５ｍｍ厚さで且つカーボンブラックが５０重量％混合されているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム（２倍延伸品）に、実施例１と同じパルスレーザーを、照射出力３０ｍＷで、移動速度５００μｍ／ｓで走査させながら、１秒ごとにシャターの開閉を繰り返し行った。その後、純水中で超音波洗浄を行ったところ、微小貫通孔を有するプラスチックが得られた。この微小貫通孔を有するプラスチックを、光学顕微鏡で観察したところ、短径２０μｍ幅、長径５００μｍの長溝状の貫通孔が等間隔で形成していた。
【００６３】
（実施例３）
１５ｍｍ厚さのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム（無延伸品）に、ＹＡＧレーザーの３倍波（波長３５５ｎｍ、パルスエネルギー５０ｎＪ／パルス、８０ＭＨｚ）のパルスレーザーを、５倍レンズで集光し、０．１秒間露光し、その後２００μｍ移動をして露光を行うことを繰り返し行った。その後、純水中で超音波洗浄を行ったところ、微小貫通孔を有するプラスチックが得られた。この微小貫通孔を有するプラスチックを、光学顕微鏡で観察したところ、径２０μｍ幅の貫通孔が等間隔で形成していた。
【００６４】
（実施例４）
０．０５ｍｍ厚さのポリエチレンフィルムに、実施例１と同じパルスレーザーを、照射出力２００ｍＷで回折素子を用いて５光束に分離し、そのうちの対角の４光束を５倍レンズで集光し、干渉をポリエチレンフィルム上で生じさせて、ポリエチレンフィルムに照射し、その後、純水中で超音波洗浄を行ったところ、微小貫通孔を有するプラスチックが得られた。この微小貫通孔を有するプラスチックを、光学顕微鏡で観察したところ、３０μｍ径の貫通孔が等間隔で４個形成していた。
【００６５】
（比較例１）
実施例２と同じフィルム（ＰＴＦＥフィルム；厚さ０．１５ｍｍ、カーボンブラック５０重量％含有、２倍延伸品）に、８０００μｍ／ｓの条件で移動させながら、照射波長１０６４ｎｍ、パルス幅８ナノ秒、繰り返し１００ＨｚのＮｄ−ＹＡＧパルスレーザーを、照射出力５０ｍＷ（５００μＪ／パルス）、対物レンズの倍率１０倍で、照射スポット約１０μｍ径の条件で照射したが、孔は形成できなかった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法によれば、プラスチックに、微小径の孔部を容易に形成することができる。さらに、マスクが不要であり、しかも、優れた生産性で微小な貫通孔及び／又は陥没孔を形成することができる。
このような製造方法による微小孔部を有するプラスチック構造体は、マイクロフィルター、マイクロメンブレン、電池用セパレータ、燃料電池の部材、マイクロノズルなどのマイクロ機能フィルム部材として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ１−Ｘ１´線における断面図である。
【図２】図２（ａ）は、微小貫通孔を有するプラスチック構造体の他の例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＸ２−Ｘ２´線における断面図である。
【図３】図３（ａ）は、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の一例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＸ３−Ｘ３´線における断面図である。
【図４】図４（ａ）は、微小陥没孔を有するプラスチック構造体の他の例を模式的に示す概略鳥瞰図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＸ４−Ｘ４´線における断面図である。
【図５】微小孔部を有するプラスチック構造体の形成方法の一例を示す概略鳥瞰図である。
【図６】微小孔部を有するプラスチック構造体の形成方法の他の例を示す概略鳥瞰図である。
【符号の説明】
１ プラスチックシート
２ａ 貫通孔
２ｂ 貫通孔
２ｃ 陥没孔
２ｄ 陥没孔
１ａ プラスチックシート１の上面（表面）
１ｂ プラスチックシート１の底面（裏面）
Ｔ プラスチックシート１の厚さ
３ パルス幅が１０−９秒以下である超短パルスレーザー
４ レンズ
５ レーザー３の焦点
６ レーザー３の照射方向
７ レーザー３の焦点５の移動方向
８ レーザー３の焦点５をライン状に移動させる際のライン
Ｌ ライン８における近接したライン間の間隔
９ａ レーザー３の焦点５における上面（表面）側の開始点
９ｂ レーザー３の焦点５における底面（裏面）側の終了点
Claims (10)
- 孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有するプラスチック構造体の製造方法であって、前記孔部を、多光子吸収過程を利用したレーザー加工により形成することを特徴とする微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- 孔部を形成する前の被加工プラスチック基材が、プラスチックシート又はフィルムである請求項１記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- 微小孔部を有するプラスチック構造体が、貫通孔を有し、且つフィルター機能、メンブレン機能、セパレータ機能、霧化機能、ガス拡散化機能、ノズル機能、または流路調整機能を有している請求項１又は２記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- 多光子吸収過程を利用したレーザー加工が、パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを用いたレーザー加工である請求項１〜３の何れかの項に記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーが、紫外線波長領域〜近赤外線波長領域の波長を有する超短パルスのレーザーである請求項４記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを、多光束干渉で照射する請求項４又は５記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- パルス幅が１０−９秒以下の超短パルスのレーザーを、該超短パルスのレーザーの照射方向に対して垂直な方向に且つプラスチック表面に対して平行な方向に、超短パルスのレーザーの焦点を移動させながら照射する請求項４〜６の何れかの項に記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- 孔部を形成する前の被加工プラスチック基材が、素材としてフッ素系樹脂またはオレフィン系樹脂を含有している請求項１〜７の何れかの項に記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- 孔部を形成する前の被加工プラスチック基材が、表面及び／又は内部に、無機微粒子を含有している請求項１〜８の何れかの項に記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法。
- 孔部として、最小の径又は幅が２００μｍ以下である貫通孔及び／又は陥没孔を有するプラスチック構造体であって、前記孔部が、請求項１〜９の何れかの項に記載の微小孔部を有するプラスチック構造体の製造方法により形成されていることを特徴とする微小孔部を有するプラスチック構造体。
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2003
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