JPH07508232A - プラスチックからなる超小型構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 プラスチックからなる超小型構造体の製造方法本発明は、 ａ）　第１の面が第１基準面であり、第２の面が、構造基底上にプラスチックか らなる超小型構造体が突出し、その際構造基底と基準面は互いに平行に延びるよ うに超小型構造化されている、超小型構造化されたプレート伏型母体を使用し、 ｂ）　超小型構造化された、型母体の第２の面を材料で被覆し、 Ｃ）　型母体を被覆する材料の表面を、第１基準面１こ対して平行に平らに加工 し、これにより第２基準面を形成し、 ｄ）　型母体の第１の面を、少なくとも構造基底（こ到達する程度に第２基準面 に対して平行に切除し、その後 ｅ）　材料をプラスチックに対して選択的に除去する、プラスチックからなる超 小型構造体の製造方法ζこ関する。

ドイツ国特許（ＤＥ−４０１０６６９Ｃ１）号力Ａら、電気めっきにより型取り 可能な雌型力１らプレート状の超小型構造体の製造方法は公知であり、その際該 構造体の構造基底がつながりのある面を形成し、導電性材料の層で被覆され、熱 可塑性プラスチックの層上に導電性材料のフィルムを設け、超小型構造化工具（ 挿入型）を熱可塑性プラスチックの軟化温度以上の温度で、導電性材料のフィル ムを通して熱可塑性プラスチック層中へ押込み、上２挿入型および熱可塑性プラ スチック層を、熱可塑性プラスチックの軟化温度以下の温度に冷却し、成形工具 を除去する。

引き続き、雌型を電気めっきにより型取りすることができ、その際たとえば金属 からなる、格子状に超小型構造化されたプレート状物体（網等）を製造すること ができる。プラスチックからなる超小型構造体はこの方法（雌型自体は除く）に よっては製造できない。

さらに、公知方法においては、微小凹み内で構造基底はつながりのある面を形成 しなければならない。次のめっきによる型取りの際に微小凹みは金属で充填され 、その際雌型中の微小凹みの構造基底は、電気めっきによる型取りによって得ら れる雄型において超小型構造体の端面になる。それで、公知方法により唯１つの 部分からなる超小型構造体のみを製造することができ、これに対して多数の超小 型構造体は製造できない。

本発明の課題は、プラスチックからなる超小型構造体を製造することのできる方 法を提供することである。該方法を用いて、同時に幾つかまたは多数の超小型構 造体を製造することができるべきである。

この課題は冒頭に記載した方法によって解決される。本方法の望ましい構成は従 属請求項に記載されている。

本発明方法の最終製品は、たとえば超小型構造体がブシート状型母体上につなが りのある構造、たとえばハニカム構造を形成する場合には、網または格子の形の 超小型構造体であるか、または超小型構造体が互いに島状に離散し、それ自体つ ながりのある構造を形成する場合には、多数の任意形状の超小型構造体である。

従って、本発明方法を用いると、１つの超小型構造体だけでなく、工程を変える ことなく、同時に幾つかまたは多数の小さい超小型構造体が製造できる。小さい 超小型構造体は同様にまたは異種に形成されていてよい。最終製品の形状は、専 ら型母体上での超小型構造体の形および結合によって定まる。

本発明方法を次に図１〜９につき説明する。

図１は、型母体の製造方法を略示する。

図２（２ａおよび２ｂ）には、本発明方法に使用しうる２つの型母体が示されて いる。

図３〜９は、図２ａによる型母体から出発する本発明方法の工程を示す。

本発明によれば、図２ａおよび２ｂに示したように、第１の面は第１基準面を表 わし、第２の面４は、構造基底５上にプラスチックからなる超小型構造体６が突 出するように超小型構造化されている。基準面としては、極めて正確に平らに加 工された面、たとえば研摩面が使用しつる。超小型構造体の端面７、つまり構造 基底５の上方に最も高（突出している超小型構造体の面はとくに共通面８上に存 在し、その際超小型構造体６の形は重要でない。超小型構造体６は、断面がたと えば長方形、ピラミッド形また円錐台形であるかまたは段状であってもよい。既 述したように、超小型構造体６または端面７は、つながりのある構造または島状 構造を形成することができ、その際超小型構造体は“島”の内部でつながってい るにすぎない。個々の“島”は相互に等しいかまたは異なって構造化されていて もよい。第１の場合には多数の等しい最終製品が得られ、第２の場合には多数の 異なる最終製品が得られる型母体１，２の基準面３は、次の材料加工工程の基準 面として利用することができるような品質で平らに加工されている。さらに、構 造基底５はこの基準面３に対して正確に平行に整列されていることが必要である 。

型母体の製造は、自体公知の種々の方法により行なうことができる（図１参照） 。たとえば、成形工具（挿入型）９をプラスチック層１０上へ押込んで成形する ことができる。若干の方法では、成形は金属ラム１１によって支持される。金属 ラム１１とプラスチック１、真空型押法においては、熱可塑性プラスチック層が 、とくに１〜ｌＱｍｂａｒの減圧下に、成形工具（挿入型）に対して正確に平行 に押付けられる。この場合、型押温度は、無定形ポリマーに対してはガラス転移 温度以上であり、半結晶性ポリマーに対しては結晶融点の範囲内にある。成形の 操作としては、成形工具から離れた熱可塑性プラスチックの面上に、たとえばみ そを備える適当な大きさの金属ラムをあて、離型工程に必要な引張り力を形成す ることができるようにする。

金属ラムの裏面には、必要な別の加工工程のための基準面が形成する。従って基 準面は精密加工されていなければならない。金属ラムをあとで構造化された熱可 塑性プラスチック層から分離することができるようにするため、金属ラムと熱可 塑性プラスチックの間には分離ソート、たとえばＤＴＦＥ　（ポリテトラフルオ ロエチレン）ソートが挿入される。また、金属ラムに分離剤を噴霧することもて きる。良好な固有のすべり特性によりすぐれている種々の熱可塑性プラスチック 、たとえばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に対しては、このような分離層は 必要でない。型内で熱可塑性プラスチックを型押しした後、型と熱可塑性プラス チックを軟化温度以下に冷却する。型母体は、金属ラムを用いて成形工具から分 離する。型母体は図２ａに示したように、超小型構造体６を有する超小型構造化 された熱可塑性プラスチック層１３と、その自由表面３が基準面を形成する金属 ラム１１からなる。

２、型母体のもう１つの製造方法は、反応注型法である。この場合には、液状注 型樹脂を、成形工具（挿入型）とそれに対して非常に正確に平行に取付けられた 上記の金属ラムから構成されているキャビティ中へ流し込む。引き続き、注型樹 脂の重合を、このキャビティ中で行なう。重合した注型樹脂と金属ラムとの間の 係合接続的結合のため、金属ラムは上述したように、超小型構造およびそれと共 に型母体を離型するための補助手段として役立つ。型母体をあとで金属ラムから 分離することができるようにするため、適当に被覆された、たとえばＰＴＦＥ被 膜を有する金属ラムを使用するのが有意である。この方法も、プラスチック１３ ．６および自由表面３が基準面である金属ラム１１からなる型母体を提供する。

３ａ、最後に型母体は射出成形法によって製造することもできる。この場合には 、液状熱可塑性プラスチックを高圧下に、挿入型およびこの表面に対して平行に 配置された平らなプレートから形成される型中へ射出する。プレートはとくに金 属、たとえば特殊鋼からなる。型中で、プラスチックをその軟化温度以下に冷却 し、引き続き離型する。離型のために必要な力を調達することができるようにす るために、たとえば押出しビンを使用する。この場合には、図２ｂに示したよう に、上記の１項および２項に記載した方法とは異なり、超小型構造化された表面 および基準面である平行で平らな裏面３を有するプラスチックプレート１３が得 られる。

３ｂ、別の射出成形法においては、２項に記載した方法におけるような、平らな プレートの代りに、金属ラムを使用する。

この場合、必要な離型力は金属ラムへの射出成形材料の係合接続によって調達す ることができる。この別法は、方法１および２により得られるものに相当する型 母体を提供する。

すべての方法において、構造基底５により形成される面に対して非常に正確に平 行に延びる基準面３が得られるように注意しなければならない。この基準面３は 、金属ラム１１の精密加工された裏面による（方法１．２および３ｂ）か、また は平らなプレートの転写によって（方法３ａ）形成される。基準面３および構造 基底面の平行性は、成形工具（挿入型）９を基準面に対して非常に正確に平行案 内することによって達成される。

構造基底５上方の超小型構造体６の高さは、本発明方法に使用される型母体の場 合には１〜１０００μｍ、とくに１〜５００μｍの間にある。超小型構造体６は 、既述したプラスチック（ＰＶＤＦ等）のいずれかまたはポリメチルメタクリレ ート（Ｐ　Ｍ　Ｍ　Ａ　）からなる。構造基底５と第１基準面３の開（方法３ａ による型母体）ないしは構造基底５および層１３と金属ラム１１の間の境界面の 間（方法１，２および３ｂによる型母体）の層１３の厚さは、機械的安定性の理 由から数■であるべきである。この層１３は一般に、超小型構造体も製造されて いる同じプラスチックからなる。

金属ラム１１の厚さは１〜１０■、とくに少なくとも６１１である。金属ラムに は各任意の容易に加工しつる不活性金属が適当である。特殊鋼がとくに適当であ る型母体１，２は、図４に示したように、本発明方法の第１工程により、たとえ ば公知の厚膜法を用い材料１４で被覆する。被覆層の厚さは、埋込まれた超小型 構造体６を含め材料層１４の、次の工程のいずれかにおいて金属ラム１１を除去 した後に、湾曲に対する十分な機械的安定性が保証されているようにするため、 とくに図２ｂによる型母体の場合には２〜４■の間であり、図２ａによる型母体 の場合には５０以上である。

材料としては原則的には、一方で型母体１．２の超小型構造体６のプラスチック と付着強固に結合し、他方でこのプラスデックに対して選択的にたとえば溶解す ることにより除去しつるすべての材料が適当であるしかし本発明によれば、それ 自体選択的に超小型構造体のプラスチックから除去できない材料も被覆のために 使用することができる：たとえば超小型構造体６が製造されている同じ材料を使 用することもできる。

この場合には型母体１，２上の超小型構造体６を被覆する前に、保護層ないしは 標識層（図では太線で示されている）で被覆しなければならない。保護層または 被覆層としては、プラスチックから選択的に除去しうる、たとえば金、チタンま たはホトレジストからなる薄層を使用することができる。

かかる層によって超小型構造体は覆われるので、材料は次の工程において、超小 型構造体６が攻撃されることなく、除去することができる。

標識層は、とくに超小型構造体６を形成するプラスチックおよ−び材料１４が被 覆のために視覚的に明瞭に区別できないときにも設けられる。この場合には型母 体の後続加工が容易になる。それというのも標識層がプラスチックと被覆のため の材料の間の移行部を示すからである。

被覆のために設けられる材料が超小型構造体のプラスチックと十分付着強固に結 合しない場合には、標識層は同時に付着助剤として使用することができる。これ には一般にクロム層が好適である。

保護層または標識層はとくに０．０１〜１０μｌの厚さで設けられる。しかし、 下記に詳説するように、たとえば］０μＬ〜１０００１Ｉ１１の著しく厚い保護 層または標識層も有利である。

標識層を設けるための適当な方法はたとえば吹付（−スパツク）法、蒸着法、ス プレー法および浸漬法である。

多くの場合、型母体１．２上の超小型構造体６を被覆する前に加工するのが有利 である。これらの場合には被覆工程を変える。型母体上の構造基底は差当り薄く 、たとえば端面７の高さにまで充填される。次いで、端面を、場合によりそれを 薄く被覆する材料１４と一緒に、基準面３に対して平行に加工することができる 。適当な加工法は、マイクロトム切断（Ｍｉｋｒｏｔｏａ＋５ｃｈｎｉｔｔｅ） 　、ダイヤモンドバイトを用いるフライス加工または研削または研摩法である。

加工後、埋込み部の厚さを、たとえば改めて注ぎかけることによって高くする。

これは、たとえば上述した方法３ａにより型母体が、図２ｂに示したように、金 属ラムを含有しない場合には必要でない。

次の工程において、超小型構造体６が被覆されている材料の自由表面を、第１基 準面３に対して平行に平らに加工する。これにより、第２基準面が形成され、該 基準面に次の工程を合わせる（　ｎｏｒｍｉｅｒｅｎ）。第２基準面は第１基準 面に対して平行に延びている。

型母体（図２ａに示したように）が金属ラムを含有する場合、該ラムは次の工程 で除去される。このために、たとえば金属ラムを固定し、熱可塑性プラスチック ６．１３および被覆材料１４からなる複合体を、金属ラム１１からみぞ（図面に 示されていない）に対して平行に移動させる。この場合、金属ラムの表面被膜ま たは挿入された分離シート１２が有利であることが判明する。それというのもこ れにより金属ラムとプラスチックの間の付着−およびすべり摩擦が著しく減少す るからである。分離シートを使用した場合、該シートは簡単に抜取ることによっ て除去することができる被覆材料の表面加工により、第１基準面に対して平行で ある新しい基準面１５が形成した。この基準面は次の加工に利用される。

（場合により金属ラム］コを分離した）型母体は、第２基準面１５に対して平行 に、その第１の面上で少なくとも、構造基底５に到達する程度に切除することが できる。この工程後は、型母体１，２のうち、たんに超小型構造体６が存続する だけである。

最後に、材料１４および場合により保護層または標識層（図面に示されていない ）が選択的に除去され。

それと共に上述した方法の最終製品１６が存在する。

材料１４の選択的除去はとくに超小型構造体６のプラスチックに対して材料１４ を選択的に溶解することによって行なわれる。また、超小型構造体が露出してい る表面（図７）は、別の保護層または標識層で覆うことができ、その後材料１４ を溶解する。この層およびさきに設けられた保護層または標識層はこの場合超小 型構造体６が攻撃されるのを防止する。この層は場合により引き続き選択的に溶 解する。最終製品１６自体は溶解塔から濾取することができる。

上述したように、厚い保護層または標識層を設けた場合、この層はまた材料１４ およびプラスチック６゜１３に対して選択的に溶解することもできる。この場合 には最終製品１６は材料１４からなる層中に露出している。

本発明方法においては超小型構造化型を型取りすることによって得られる超小型 構造体が直ちに方法の目的物を形成する。転写工程は必要でない。

本発明方法を用いると、従来使用することのできなかったようなプラスチックか らなる最終製品を製造できる。これは、ＰＶＤＦのような熱可塑性プラスチック からなる最終製品に該轟する。ＰＶＤＦは高い耐化学薬品性および耐熱性および その良好な固有すべり特性によりすぐれている。化学的に不活性であるので、こ のものは医薬および食品工業技術において使用することができる。

本方法のもう１つの利点は、ドイツ国特許（ＤＥ−４１２６８７７Ｃ１）に記載 された方法と組合せて、唯１つの超小型構造化型から出発して、ポジチブ型なら びにネガテブ型を製造することができることである最終製品として、本発明方法 を用いると、たとえば超小型弁座、均一多孔性フィルタ、医薬用インブラントお よび歯車を製造することができる。

次に、本発明を実施例につき詳述する。

例　Ｉ ＰＶＤＦからなる市販のプラスチック半製品を、上述した型押法により型母体を 製造した。このため、半製品を特殊鋼からなる金属ラム上に載せ、超小型構造化 用型中で約１８５°Ｃの温度でプレス成形した。約１２５℃で、金属ラムを用い て離型した。金属ラムとプラスチックの間に分離シートを使用するのは、ＰＶＤ Ｆは固有のすべり特性を有するので、ＰＶＤＦの場合には必要でない。

型母体は、面積約１２００　ｍｍ”の超小型構造化範囲を有する。合計で、その 端面を介してつながっていない４７の個々の超小型構造成分が存在し、該成分自 体はもう一度超小型構造化されている。かかる型母体から、平行生産で４７個の 最終製品を同時に得ることができる。

超小型構造体は約５００μ鵞の高さを有し：端面は１０〜２００μ式の幅である 。アスペクト比は２５である。個々の超小型構造体の相互間距離は可変であるこ の基体の超小型構造化された面上に、非常に薄い（約２０　、、）の金層を吹付 けた。

その後、金で覆われた超小型構造体を、重合結合により約４■の厚さのＰＭＭＡ 層を成層した。Ｐ　Ｍ　Ｍ　Ａ層の加工は室温で行なう。硬化工程を約１００’ Ｃの熱処理によって促進する。

重合結合したＰＭＭＡ層の表面は、研削フライス盤を用いて、金属ラムの下面、 第１基準面に対して平行に加工した。

引き続き、金属ラムを分離し、これにより露出した層を加工した。ＰＭＭＡ層の 平らな面は、この加工工程の基準面として使用した。ＰＶＤＦは、吹付けた金か らなる標識層に達するまで、フライス盤（粗加工）および研削フライス盤（精密 加工）を用いて切削し、超小型構造体を埋込み材料ＰＭＭＡ中で個々に露出させ た。

引き続き、重合結合したＰＭＭＡを、ＰＶＤＦ超小型構造体に対して選択的に酢 酸エチル巾約８０℃で約３０分間溶解した。最後に、金からなる標識層を王水中 で超小型構造体からエツチング除去した。

例　２ 例１による方法を繰返したが、この場合にはＰ　Ｍ　ＭＡからなる型母体を使用 した。この型母体の超小型構造体を同様に吹付１プた金層で被覆した。被覆のた めの材料は同様にＰＭＭＡからなっていた。材料を溶解する前に、超小型構造体 の露出面を、金を改めて吹付けることによって保護した。

例　３ 例２による方法を繰返したが、金からなる標識層を吹付ける代りに、厚さ約５０ ｎｍの銅層を吹付けることによって設けた。吹付けた銅層は銅でめっきすること によって約５０μ藁の層厚に増加し、引き続きＰＭＭＡを注ぎかけた。銅層を引 き続き溶剤としてアンモニアアルカリ性亜塩素酸塩溶液により、隣接するＰＭＭ Ａ層に対して選択的に除去し、その後超小型構造化最終製品を埋込み層から取出 すことができる。

国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　バッヒャー、　ヴアルタードイツ連邦共和国　Ｄ−７５１３シ ュトウーテンゼー　ハシスートーマーシュトラーセ３エフ （７２）発明者　ビーダーマン、　ハンスドイツ連邦共和国　Ｄ−７５２０プル ッフザール　４　ジートルングスシュトラーセ（７２）発明者　ディンゲルライ ター、　ハインツドイツ連邦共和国　Ｄ−７５２９フォルストバッハシュトラー セ　３アー （７２）発明者　カルブ、　ヘルムートドイツ連邦共和国　Ｄ−７５１４エツゲ ンシュタイン　ハウプシュトラーセ　１４２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）第１の面が第１基準面であり、第２の面が、構造基底上にプラスチック からなる超小型構造体が突出し、その際構造基底と基準面は互いに平行に延びる ように超小型構造化されている、超小型構造化されたプレート状型母体を使用し 、 ｂ）超小型構造化された、型母体の第２の面を材料で被覆し、 ｃ）型母体を被覆する材料の表面を、第１基準面に対して平行に平らに加工し、 これにより第２基準面を形成し、 ｄ）型母体を第１の面で少なくとも、構造基底に到達する程度に第２基準面に対 して平行に切除し、その後 ｅ）材料をプラスチックに対して選択的に除去する、プラスチックからなる超小 型構造体の製造方法２．完全にプラスチックからなる型母体を使用することを特 徴とする請求項１記載の方法。 ３．プラスチックと金属との複合体からなり、第１の面が金属により形成され、 第２の面がプラスチックにより形成される型母体を使用することを特徴とする請 求項１記載の方法。 ４．第２の面が標識層および／または保護層で被覆されている型母体を使用する ことを特徴とする請求項１、２または３記載の方法。 ５．材料を、標識層および／または保護層が材料ならびにプラスチックに対して 選択的に溶出されるようにし、プラスチックに対して選択的に除去することを特 徴とする請求項４記載の方法。 ６．工程ｂ）による型母体の超小型構造化された第２の面の被覆を、 一構造基底を、超小型構造体の高さの範囲内にあるレベルにプラスチックで被覆 し、 一超小型構造体を機械加工し、 一機械加工した超小型構造体を有する型母体の第２の面を材料によって被覆する ように実施することを特徴とする請求項１記載の方法。 ７．超小型構造化されたプレート状型母体を、超小型構造化された成形工具を、 自体公知の真空型押法、反応注型法または射出成形法を用いて型取りすることに よって製造することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の方法 。