JPH08511474A - レーザー加工複製工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、基材の表面をレーザーエネルギーで機械加工し、基材に基材の表面から基材の中へと延びる側面を有する複数の幾何学形状の構造をつくり出すことにより、複製物品を製造するのに適した、複製マスター工具物品を製造する方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザー加工複製工具 発明の分野 本発明は複製工具に関する。特に、本発明は構成された物品の複製に有用なレ ーザー加工された複製工具に関する。 発明の背景 複製工具は数種の異なった技術によって生産されてきた。これらの技術は例え ば、機械加工と化学的な処理とを含んでいる。機械加工は針で切断するか又は物 質にマイクロドリリング（微小穴あけ）することにより行われる。このような機 械加工を行う装置は、手動で、又は機械的に、あるいは電子的に、制御される。 これらの装置はその品質に依存して、光学級の精密度で表面をつくり出すことが できる。米国特許第4,938,563号（ネルソン他）はマスター工具又は型（親工具 又は型）の平らな金属表面に切込むためのダイヤモンド針の使用を開示している 。米国特許第4,959,265号（ウッド他）はマイクロドリルを用い感圧接着テープ ファスナーの裏打ちのための型を形成することを開示している。米国特許第5,07 7,870号（メルビー他）はマイクロドリルを用い機械的ファスナーのためのきの こ型フックストリップをつくり出すのに用いられる金属型を形成することに関す るものである。これらの方法は全てに対し遅いが最も簡単な複製であると考えら れている。さらに、針とドリルビットの取替えは高価であり機械加工の費用が加 わる。 微小構造の工具の生産の他の方法は、ピン又はロッドのような尖らせた又は型 に合わせて作った構造を用い米国特許第3,235,438号 （ウィソツキー）に記載されているような比較的柔軟な媒体に押し入れることに 関するものである。米国特許第3,235,438号はまた微小複製成形又は細工の生産 に対する通常の多段階的な手段を示している。最初の陰型が構造体を比較的柔か い媒体に押し込むことにより作られる。中間の陽マスター型が最初の陰型から作 られ次にこれらの陽型が相互に接合され大きな陽型を形成する。大きな陰型がつ いで大きな陽型からつくり出され、次に複製された物品をつくり出すのに用いら れる。最後の陰型の作製は著しい時間と費用を必要とする。 ある種の微小複製の適用は高価な生産装置の使用を必要とする光学特性の表面 を必要としている。しかし、精密に製造された物品表面が必要とされないので光 学特性の加工装置を要しない多数の用途が存在する。 レーザーが、フィルター、賞品用飾り板、ゴム印、及び刷込み型のようなある 種の完成物品を機械加工するのに用いられてきたが、レーザーは型又は複製工具 を作るのには用いられなかった。 発明の概要 本発明は、レーザー光線源で基材の表面を機械加工し基材表面から基材の中へ と延びる側面を有する少なくとも１つの幾何学形状の構造をつくり出すことによ り、複製された物品を製造するのに適した微小複製マスター工具を製造する方法 に関するものである。 本発明はまた、可撓性の単一の基材の表面を機械加工し基材の中に延びる側面 を有する少なくとも１つの幾何学形状の構造をつくり出すことにより複製された 物品を製造するのに適した微小複製マスター工具を製造し、前記基材が前記マス ター工具から複製された物品をつくり出す構造手段を提供するような、微小複製 マスター工具 の製造方法に関するものである。 本発明はさらに、可撓性基材の表面をレーザー光源で機械加工し基材表面から 基材の中へと延びる側面を有する複数の幾何学形状の構造をつくり出すことによ り複製物品を製造するのに適した微小複製マスター工具を製造する方法に関する 。 本発明はまた、可撓性工具基材をレーザー光源で機械加工し可撓性基材に少な くとも１つの幾何学形状の構造をつくり出すことにより微小複製マスター工具か ら物品を製造する方法に関する。成形可能な材料が基材表面と少なくとも１つの 幾何学形状の構造とに塗布される。この成形可能な材料は軟化され工具の複製さ れた物品をつくり出し、そして複製された物品が工具から取外される。 本発明はさらに上記の方法で製造される物品に関する。さらに、本発明は製造 された物品から複製された物品に関する。 本発明は、レーザー光源により形成された基材の中に延びる複数の幾何学形状 の構造を有する可撓性基材を含んでいる微小構造の配列を複製するのに適した複 製マスター工具として用いることのできる物品に関する。 図面の簡単な説明 本発明は図面を参照して以下にさらに説明される。 図１は微小複製工具製造装置の概略斜面図である。 図２は成形可能な材料を図１の装置で製造されたマスター微小複製工具の上に 押出す方法の図解図である。 図３は図１の装置により製造されたマスター微小複製工具の断面図で、工具の 表面に塗布され工具の複製物をつくり出す成形可能材料を一部取外したところを 示す。 図４は幾何学形状の構造が傾斜した管状構造である図１の装置に より製造された微小複製マスター工具の断面図である。 図５は大きな円錐台形又は管状の吸引カップ形状を有する微小複製工具からつ くり出された複製物品の切断側面図である。 図６は小さな円錐台形又は管状の吸引カップの幾何学形状を有する微小複製工 具からつくり出された複製物品の切断側面図である。 図７は図５に示される複製物品から突出する幾何学形状の構造の頂面図である 。 図８は図６に示される複製物品の頂面図である。 図９は曲がった多数の突起の幾何学形状の構造を有する微小複製工具からつく り出された複製物品の切断前面図である。 図10は図９に示される複製物品の切断側面図である。 図11は図９と10に示される複製物品の頂面図である。 図12は広く角度がつけられ分離された多数突起の幾何学形状の構造を有する、 微小複製工具からつくり出された複製物品の切断前面図である。 図13は図12に示される複製物品の切断側面図である。 図14は図12と13に示される複製物品の頂面図である。 図15は“からすの足”構造を有する微小複製工具からつくり出された複製物品 の切断前面図である。 図16は図15に示される複製物品の切断側面図である。 図17は図15と16に示される複製物品の頂面図である。 図18は鋭角の山形帯図形形状を有する微小複製工具からつくり出された物品の 切断前面図である。 図20は山形帯形状が独立し相互に連結されている図18と19の複製物品の頂面図 である。 図21は鋭角の山形帯形状が相互に連結された複製物品の頂面図である。 図22は山形帯形状が異なった方向に向けられた複製物品の頂面図である。 図23は山形帯形状の幾何学形状の構造が実質的に直角の形状を有している微小 複製工具からつくり出された物品の切断前面図である。 図24は図23に示される複製物品の切断側面図である。 図25は図23と24の複製物品の頂面図である。 図26は幾何学形状の構造が単一の突起である微小複製工具からつくり出された 複製物品の切断側面図である。 図27は図26の複製物品の頂面図である。 図28は幾何学形状の構造が異なる高さの傾斜した突起である微小複製工具から つくり出された物品の切断前面図である。 図29は図28に示される複製物品の切断側面図である。 図30は図28と29の複製物品の頂面図である。 理想化されたこれらの図は一定比率で描かれたものではなく単なる説明のため であり限定されないことを意図するものである。 例示的な実施態様の詳細な記載 本発明は非光学特性に構成された表面を複製するのに用いられる複製工具物品 に関する。本発明の複製工具は微視的な適用と巨視的な適用との両方に用いるこ とができる。本出願全体にわたって微小複製マスター工具に対する説明は大きな マスター工具に置換えることのできることが理解されるべきである。図１は微小 複製マスター工具製造装置30を示している。微小複製工具装置30は一般に、レー ザー光源32とテーブル36又は他の適当な支持構造のような、好ましくは可動の表 面上に位置する基材34とを具備している。テーブル36は５個の軸位置、Ｘ，Ｙ， Ｚ軸と回転方向とに、コンピュータのよ うな制御手段38により動かされ、基材34をレーザー光源32の下側で異なる姿勢と 位置に位置させるようにする。これに代え、レーザー光源32からのレーザービー ムが５軸方向に動かされるようにすることもできる。レーザー光源32の下でのテ ーブル36の運動は基材34の内部に異なった幾何学形状をつくり出す。 レーザー光源32は基材34と良く相互に作用する任意の型のレーザーとすること ができる。二酸化炭素（CO₂）レーザーが好ましいが、その理由はCO₂レーザーは 多くの基材と良好に結合しまた安価であるからである。好ましくは、10ワットか ら1000ワットのCO₂レーザー、さらに好ましくは50から300ワットのCO₂レーザー が用いられる。しかし、他のレーザー又はエクサイマーレーザーのような基材の 材料と結合する高エネルギー源を用いることができる。パルス間隔、電力、パル ス長さ、モード、波長、空洞圧力、供給速度、ガス混合物、レンズの選択、及び レーザー源の離隔距離又は焦点のようなパラメータは、基材34に必要とされる効 果又は構造によって変えることができる。レーザー光源32からのレーザー光線又 はエネルギーは迅速かつ効果的に機械加工し、すなわちマスター複製型又は工具 44の所望の最終用途に適した変化する深さで基材34を切断し穴あけし空洞をつく る。 レーザー光源32は手動で、電子的に、又はコンピュータのような制御手段40に より自動的に制御される。制御手段40はテーブル36を動かすのに用いられる同じ 制御手段とすることができ、又は別の手段とすることができる。焦点を合わして いないレーザー光線がレーザー光源の焦点を合わせる手段（集束手段）42を通過 して基材34に達する。レーザー光源32の集束手段42は基材34に向って発せられる レーザーエネルギーを制御し又は形を作る。集束手段42は好ましくはレーザー光 線の変化する焦点長さに適合する。例えば1.5インチ （3.81cm）の非球面レンズを用いることができる。 基材34は微小複製マスター型又は工具物品44として用いられ微小構成の配列又 は表面からなる複製物品をつくり出すようにする。基材34は好ましくは、変化す る温度、圧力、溶剤、化学薬品、材料の溶融に基づく分布、及びマスター工具44 を用いて生産される物品の製造に伴う硬化中の放射に、耐えることのできる任意 の適当な材料からなっている。さらに、マスター工具基材34は好ましくは耐久性 があり、変形可能で、良好な解放能力を有し、レーザー光源からレーザー光線を 満足のいくように受け取り、そして屈撓自在である。マスター工具44を構成する 好適な基材34は、長期にわたって熱的に安定したゴム材料であり、そしてさらに 好ましくは架橋結合された熱硬化性材料からなっている。最も好適な基材は、ゼ ネラルエレクトリック会社から入手可能のような、ASTM Ｄ−2000等級FC，FE，G E、に従う異なった等級のポリシロキサン（シリコン）ゴムである。 他の材料もまたマスター工具44のための基材として用いることができ、イー． アイ．ジュポン デネモア会社により商標名テフロンのもとに市販される製品、 天然ゴム、フルオロ−エラストマー、及び熱可塑性プラスチックのような変形可 能で可撓性の材料と、木材、セラミック、ガラス及び鋼、銅、鉛、アルミニウム その他を含む異種金属のような材料とを含んでいる。これらの基材の材料ははく 離剤が塗布され又ははく離剤内部に結合され複製された物品の取外しを助けるよ うにする。レーザーエネルギーはこれら基材と相互に作用することが知られてい る。これら基材の機械加工から生じる得られた幾何学形状の構造はシリコンゴム の基材における幾何学形状の構造と同じように良くは区画形成されないが、これ らの構造は多くの非光学特性の用途にとっては受け容れられるものである。さら に、これら材料で作られた工具44からの基材の材料の取外しはシリコンゴムの基 材からのように容易かつ完全には行われない。 基材34は微小複製マスター工具44の所望の用途に応じ、変わった形状と大きさ にすることができる。例えば、基材34は図１に示すように実質的に平らな板から なり、又は図２に示されるようにドラムもしくは円筒体の周りに巻かれることも できる。好ましくは、微小複製マスター工具44は、複製マスター型として用いる のに先だって相互に接合する必要のない一体の単一部材の基材34である。また、 微小複製マスター工具44は単一層の基材34又は１つの材料もしくは層とした材料 の組合せからなる多層基材34で構成することができる。基材34の表面46は、平面 又は起伏し予め溝をつけた表面を含む非平面とすることができ、実質的に連続し ている。この非平面の表面はまた裸眼で容易に識別できる、より大きな微小構造 にレーザーで機械加工されている。好ましくは、基材34の表面46は実質的に平ら である。 図１を参照すると、レーザー光源32からのレーザー光線は基材34を機械加工し 微小複製マスター工具44をつくり出すのに用いられる。追加の機械加工又はエッ チング工程がまたマスター工具44上で行われる。図３を参照すると、基材34の表 面46はレーザー光源32により機械加工され実質的に連続した表面46から１つ又は 複数の凹んだ空洞48を区画形成する壁部分をつくり出す。空洞48は表面46から基 材34の中に延びる側部表面を有する種々の幾何学形状の構造を含んでいる。レー ザー光線は基材34に一回接触し１つもしくは複数の空洞48をつくり出し又は同じ 空洞48を何回も打ち様々な幾何学形状をつくり出す。この幾何学形状の構造は、 レーザービームと基材34の表面46との相対位置に応じて、工具44の表面46に対し て異なった角度で傾斜される。さらに、レーザービームは分割され変わった幾何 学形状をつくり出し及び／又は向け直されて基材34に対して異なる角度で交差さ せるようにする。これに代え、レーザー光線は基材に到達するエネルギーの形状 を制御するようマスクで覆うことができる。レーザー光線は基材34に空洞48を機 械加工するのに用いられ、又は基材34にわたって続けて機械加工することができ る。基材34をレーザー光線のもとに動かし種々の異なる形状のためレーザー光源 32を選択もしくはプログラムする能力は、基材34の内部に種々の高密度のパター ン、格子目、法則、模様その他をつくり出す。 一般に、マスター工具44でつくり出された幾何学形状の構造は、図26に示され るように、高さが均一であり、又は工具44によりつくり出される物品の所望の最 終用途に応じて、図28に示されるように、多くの異なる高さとなっている。基材 34の表面46に近接した幾何学形状の直径と、幾何学形状の構造の外面と内面（す なわち、突起の軸線に平行な方向に測って）との間の厚さとはまた変化するが、 工具44の所望の用途に適合した寸法となっている。さらに、基材34の幾何学形状 の密度は工具44によってつくり出される複製物品の使用に応じ変えることができ る。微小複製マスター工具製造装置30は、与えられた面積当り多数の細かい又は 形作られた幾何学形状構造を有する高密度の工具44を高速度で製造するのに有利 である。 図３を参照すると、成形可能な材料50が例えば押出し又は成形により微小複製 マスター工具の第１の表面46に塗布され複製工具44の微小構造の表面46の複製物 又は物品52をつくり出す。好適な実施態様では、工具44への材料50の接着力は材 料50の工具からの取外しの時の結合力よりも小さい。 図２を参照し、また米国特許第5,077,870号（メルビー他）にさらに詳細に述 べられているように、熱可塑性樹脂のような成形可能材料の供給流54が押出し器 56の中に供給され押出し器56から加熱さ れた樹脂溶融物が型58を通って回転円筒状微小複製型60に供給される。これに代 え、成形可能材料の溶融物を基材34のような平らな基材に塗布することができる 。成形可能の材料50が成形空洞48に流入し、工具の型44，60に圧入され、冷却及 び／又は加硫材料50により硬化される。材料50は所望の複製物品52にとって適当 な厚さになるまで基材34の表面34に塗布される。材料50は基材34に均一のシート として塗布され、又は異なる形状に塗布され例えば隆起もしくは他の構造となる ようにする。これに代え、複製された物品52が実施例１〜４に開示されているよ うに圧縮成形によりつくり出される。 実質的に、任意の成形可能材料50を複製物品52をつくり出すのに用いることが できる。好適な成形可能の材料50はポリプロピレンとポリエチレンのようなポリ オレフィン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニール（PVC）、ポリエステル、及びナ イロンのようなポリアミドを含む熱可塑性樹脂である。この熱可塑性樹脂はまた ポリエチレンとポリプロピレンの混合物、ポリプロピレン衝撃共重合体、多層フ ィルム、及び共押出体を含む混合物とすることができる。可塑材、充填剤、顔料 、染料、抗酸化剤、はく離剤、その他のような添加物もまた成形可能な材料50に 結合させることができる。 複製された物品50は図２に示されるように成形可能材料50が硬化された後複製 マスター工具44から取外され、幾何学形状構造の一体性を維持するようにする。 微小複製マスター工具44の空洞と幾何学形状構造と同様の、又は鏡像関係の幾何 学形状構造が複製物品52の表面から突出する。これに代え、複製物品52が成形可 能の材料50の完全に硬化する前に微小複製マスター工具から取外され、他の所望 の形状と特性とをつくり出すようにすることができる。必要ならば、複製物品の 幾何学形状構造は後処理工程を受け、曲げられたフック、きのこ型キャップ、又 はその他の形状のような変わった形状を 得るようにすることができる。 図４は、幾何学形状構造が側面67，69と側面67，69の間に延びる底面71とを有 している角度のある管状形状65である工具44の断面図を示している。２つ又はそ れ以上の角度のある管状形状65は任意の他の複製工程によっては実現できない又 は意図されない角度を含む異なる角度で基材34の表面46と交差することができる 。 基材34に凹みのつけられた幾何学形状構造と各複製された物品52から突出する 幾何学形状構造とは多種類の形状、構造及び模様を含むことができる。幾何学形 状構造の側面は複製物品52の異なる最終用途に適合するよう決定される多様の鋭 角で基材34の表面46と交差することができる。複製された物品52が工具44と本質 的に同じ幾何学形状構造を有しているので、幾何学形状構造は複製された物品52 を参照して以下に述べられる。 図３はマスター工具44と側面64，66により形成された円錐形又は角錐形幾何学 形状構造62を有する複製物品52との断面図を示す。側面64，66は内側に向って表 面46から離れ基材34の中へと傾斜している。側面64，66が工具44の表面46と交差 する角度は所望の角錐形又は円錐形の幾何学形状構造62の大きさによって変える ことができる。 図５と６は複製物品52の切断側面図を示し、また図７と８は物品52の頂面図を 示し、幾何学形状構造68は吸引カップ又は円錐台あるいは管状形状を有している 。図５〜８に示されるように、吸引カップ幾何学形状構造68の側面70は実質的に 環状であり連続しており、そして底面73に近接している。側面70は図５と６に示 されるように多様の高さとすることができる。吸引カップ68の側面は図５におけ るように高さが増すにつれて、側面70が物品52の表面72から離れる方向に外側に 傾斜し、吸引カップ68の頂面74の直径が図７に見られ るように吸引カップ68の底部76の直径ｄ₁より大きくなっている。図６と８に見 られるように、小さな吸引カップ68にとって、頂面74は底部76とほぼ同じ直径で あるが、これは変えることもできる。側面70は楕円、矩形のような他の形状を含 むことができる。 図９〜14を参照すると、複数の又は群の角度をもつ突起又はピンを有する幾何 学形状が示されている。図９と12は複製物品の表面72から選択された異なる鋭角 で延び、また変わった寸法とすることのできる角度をもった突起78，80の切断前 面図を示している。突起78，80は図９と12に示されるように、側面82，84，86， 88を含んでいる。図10と13は複製された物品52の表面72から延びる傾斜した突起 78の切断側面図を示す。図11と14を参照すると、複製された物品52の表面72から 異なる角度で延びている突起78，80の頂面図が示されている。 図15〜17を参照すると、“からすの足”の形状に構成された、複製物品52の切 断前面図、複製物品52の切断側面図、及び複製物品52の頂面図がそれぞれ示され ている。ピン又は突起90，92，94が複製物品52の表面72に対して選択された鋭角 で表面72から延びている。突起90，94は一般に複製物品52の表面72に対し選択さ れた鋭角をなしている。突起92は複製物品52の表面72に対し実質的に直角の方向 に延びている。突起90，92，94の方向は物品52の表面72と種々の角度で交差する ことができる。各突起90，92，94は側面96，98，100，102，104，106を具備して いる。 図18〜25は突出幾何学形状構造が山形帯図形の形状を有する物品52を示してい る。図18と23は複製物品52の前面図を示す。図19と24は物品52の切断側面図を示 す。図20〜22と25は物品52の頂面図を示す。山形帯図形108は前縁114での側面11 0，112の交差により形成される。側面110，112は物品52の表面72と様々な角度で 交差してい る。山形帯図形108の側面110，112は図18〜22に見られるように、物品52の表面7 2に対し選択された鋭角をなし、又は図23〜25に見られるように、物品52の表面7 2にほぼ直角となっている。図20〜22に示されるように、山形帯図形108は同じ複 製物品52上で相互に連結され独立することができ、又は相互に連結され及び／又 は多くの方向に様々な向きに位置させることができる。 図26を参照すると、複製物品52の切断側面図が示されている。図27は幾何学形 状構造が単一の上方に延びる一列に形成された突起又はピン116である物品52の 頂面図を示す。ピン116は種々の寸法とすることができ、物品52の表面72と様々 な鋭角で交差する側面118，120を有する。これに代え、単一の連続した隆起又は 構造115が図27に示されるように複製物品52につくり出されるようにすることが できる。 図28は物品52の表面72から選択された鋭角で延びる傾斜した突起122を有する 複製物品の切断前面図である。図29は物品52の頂面図である。突起122は少なく とも側面124，126を含んでいる。図28〜30に示されるように、突起122は同じ物 品52上で種々の寸法とし物品52上と彫刻された表面の効果をつくり出すようにす ることができる。 図３〜30に見られるように、様々な幾何学形状構造は形状が円錐形、管状、環 状、角のある形状にわたり、また単一又は多くの突起形状からなるものとするこ とができる。さらに、工具44又は複製物品52につくり出された任意の幾何学形状 構造は、相互に独立し、相互に連結され、列状に、及び／又は異なるもしくは多 くの方向に向けるようにすることができる。また、複製物品52上の幾何学形状構 造の突起は高さが均一とすることができ、又は複製物品52を通じて変わった高さ とすることができる。レーザー光源32の選択されたパ ルス長さ、動力の程度、パルス間隔、波長、供給速度、ガス混合物、空洞圧力、 モード、レンズの選択、及び焦点によって決定される多種類の幾何学形状の模様 と形状は本発明の企図の範囲である。 微小複製マスター工具44から複製された物品は多種類の適用面において用いら れる。例えば、複製物又は物品52は使い捨ての柔軟商品産業において用いるため の機械的ファスナーとして用いられる。さらに、感圧接着剤が複製物品52の表面 72に塗布され、使い捨ての菱形地紋の布、老人用失禁製品、及び婦人用衛生品の ような使い捨て柔軟商品産業のため、米国特許第4,959,265号（ウッド）に示さ れるような機械的接着ファスナーをつくり出すようにする。 作動時、基材34はテーブル36上に配置される。所望のパルス長さ、動力の程度 、パルス間隔、レンズ系、モード、波長、空洞圧力、供給速度、ガス混合物、及 びレーザー光源32の焦点が選択されまた好ましくは制御手段40の中にプログラム される。レーザー光源32からのレーザー光線が次いで発射される。制御手段38は 基材34をレーザー光源32の下側に位置させ、基材34をレーザー光源32に対し異な る姿勢と位置に動かす。所望の幾何学形状の構造の模様がレーザーエネルギーを 用いて基材34に機械加工される。微小複製マスター工具44の使用に依存して、基 材34の全表面46がレーザー光線によって機械加工され又は基材34の選択された領 域のみが機械加工される。 微小複製マスター工具14の製作後に、成形可能の材料50が工具44の表面に塗布 される。成形可能の材料50はマスター複製工具44の表面46を被覆し、工具44の空 洞48の中にまた空洞48の内部に収容された幾何学形状構造の周りに流れる。成形 可能の材料50が所望の度合に硬化又は固化した後、複製された物品52が微小複製 マスター工具44との接触から取外される。円筒形の型60が用いられた場合は、複 製物品52が連続して型60から取出される。複製物品52の後処理がな され様々な形状のフック、きのこ形その他の形状をつくり出すようにする。つく り出された複製物品はまた追加の多くの同型の複製物品をつくり出すのに用いら れる。 実施例 本発明は以下の例示的な実施例によりさらに説明される。 実施例１〜３ 約1140ミクロン（45ミル）のASTM Ｄ−2000等級FC，FE，GEに相当するポリシ ロキサンゴムと、0.64cm（１／４インチ）の厚さのナンバー304の鋼とからなる 基材がインダストリアルモールデットゴム会社から得られた。このポリシロキサ ン層を約0.076cm（30ミル）の厚さ以下に研摩した後、シロキサン表面は80ジュ ール／秒（80ワット）のCO₂レーザーにさらされ、表Ｉに表示される条件下でcm² 当り1550個の孔（平方インチ当り10,000個の孔）の３つの別個の５cm×10cm（２ インチ×４インチ）の機械加工された領域をつくり出した。レーザーの焦点は調 節されシリコンゴム表面に達する最小の入口孔を機械加工した。実施例１におい て、レーザーは基材を秒当り約140個の空洞の割合で機械加工した。 例１〜３の各々における工具はテトラヘドロンアソシエイト会社の圧縮成形を 介するポリプロピレン衝撃共重合体樹脂（シェルケミカル7C50）で複製された。 プログラム条件を用いるMTPプログラム化可能プラテンプレスが表IIに記載され る。 サイクル終了時、冷却された複製物品が板からはぎ取られ、走査 電子顕微鏡（SEM）を用いる断面測定のため切断され、表IIIに報告されているよ うに機械加工された孔の形状と寸法とを決定した。 実施例４ 0.41cm（160ミル）の基材がASTM Ｄ−2000等級FC，FE，GEに相当するシリコン から作られた。シリコンの表面が表IVに記載される条件下で250ジュール／秒（2 50ワット）CO₂レーザー（82％He，13.5％Ｎ₂，4.5％CO₂）にさらされた。 鏡像関係の複製物が、表VIに記載される寸法と特性を有する表Ｖに記載される 条件下で実施例１〜３におけるように、MTPプログラム化可能プラテン圧力でシ ェルケミカルWRS６−166ポリプロピレンランダム共重合体樹脂の125ミクロン（ ５ミル）厚さのフィルムの３つのシートを押圧することにより、マスター工具で 作られた。 実施例５ シリコン工具基材が表IVに記載された条件下で260ジュール／秒（260ワット） CO₂レーザーにさらされた。鏡像関係の複製物品が290℃（550°Ｆ）の分布温度 で型の上に衝撃ポリプロピレン樹脂（シェルケミカルSRD７−463）を押出すこと によりマスター工具で作られた。この樹脂は186pliのローラ圧力を用いて型に押 し込まれた。突起の物理的寸法と特性は表VIに報告されている。 本発明のレーザー機械加工された微小複製工具を用いることにい くつかの利点が存在する。第１に、レーザーエネルギーが高速度で基材34に模様 を機械加工し高密度の模様をつくり出す。さらに、一部材の基材が用いられるの で、最終の型をつくり出すため多くの中間型を相互に接合することが必要でなく なる。中間型を必要としないで一部材の基材上に高速度で直接機械加工するため 、時間と費用の著しい節減がもたらされる。 シリコンゴムのような好ましくは変形可能な可撓の基材の使用はまた有利であ る。第１に、シリコンゴムは手ごろの費用で容易に入手可能である。第２に、シ リコンゴム型又は工具は変形可能であり、剪断を最小にし、複製された物品52が 微小複製工具44から取外されるときの幾何学形状構造の破壊を減少する。さらに 、シリコンゴムは耐久性がありまた劣化に対し抵抗性がある。シリコンゴムの型 の低エネルギーの表面は複製物品の型又は基材からの解放を容易にする。シリコ ンの型は変形可能であるため、レーザー光線は従来の方法で行うよりも型の基材 をさらに切取ることができ、しかも依然として複製物品を容易に取外す能力を有 している。レーザーエネルギーはシリコンゴム基材により良好に受け取られる。 レーザー光線によるシリコンゴムの蒸発は機械加工された空洞から材料を取去り 、容易に清掃され取除かれる最小のばり残留物を生み出す。 微小複製工具のレーザー機械加工は型が著しく減少された費用のもとに高速度 でつくり出される点で有利である。さらに、模様の多様性が、多種類の幾何学形 状構造が微小複製工具に機械加工されるので達成される。さらに、レーザーを用 いてシリコン工具を機械加工することは幾何学形状構造における断面形状の多様 性をもたらす。さらに、直径が約200ミクロン（８ミル）で８：１の縦横比の型 基材の入口孔が得られる。さらに小さい高度に精密に形成された構造で現在の機 械加工技術では不可能であるような構造が得られる。 本発明の種々の変更と変形が当業者にとってここに記載された本発明の範囲と 精神から外れることなく明らかとなるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォックス，ハーバート ジェイ. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427（番地なし) (72)発明者 ハンシェン，トーマス ピー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427（番地なし) (72)発明者 ミラー，フィリップ アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427（番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複製された物品を製造するのに適した複製マスター工具を製造する方法で あって、前記方法が、 （ａ）第１の表面を有する基材を設ける段階と、 （ｂ）基材の第１の表面をレーザー光源で機械加工し第１の表面から基材の中 へと延びる側面を有する少なくとも１つの幾何学形状の構造をつくり出す段階、 とを含んでいることを特徴とする複製マスター工具物品の製造方法。 ２．請求の範囲第１項に記載の方法であって、 （ａ）基材がアルミニウム、鉛、木材、セラミック、ガラス、銅、及び鋼から 選択され （ｂ）基材が可撓である ことをさらに特徴とする方法。 ３．複製物品を製造するのに適した複製マスター工具物品を製造する方法であ って、前記方法が、 （ａ）第１と第２の表面を有する可撓性で一体の基材を設ける段階と、 （ｂ）基材の第１の表面をレーザー光源で機械加工し、基材の第１の表面から 基材の中へと延びる側面を有する少なくとも１つの幾何学形状の構造をつくり出 し、基材に複製マスター工具から製造される物品をつくり出す構造手段が得られ るようにする段階 とを含んでいることを特徴とする複製マスター工具物品の製造方法。 ４．請求の範囲第３項に記載の方法であって、基材の第１の表面が基材の第２ の表面を通って第１の表面から機械加工されることを さらに特徴とする方法。 ５．複製マスター工具物品から物品を製造する方法であって、前記方法が （ａ）第１の表面を有する可撓性の工具基材を設ける段階と、 （ｂ）工具基材の第１の表面をレーザー光源で機械加工し、基材の第１の表面 から基材の中へと延びる側面を有する少なくとも１つの幾何学形状構造をつくり 出す段階と、 （ｃ）成形可能な材料を第１の表面と可撓性の工具基材の幾何学形状構造とに 塗布する段階と、 （ｄ）成形可能な材料を少なくとも一部固体化し複製工具の複製された物品を つくり出す段階と、 （ｅ）複製された物品を可撓性の基材との接触から取外す段階 とを含んでいることを特徴とする複製マスター工具物品から物品を製造する方 法。 ６．請求の範囲第１，３又は５のうちのいずれかの１項に記載の方法であって 、基材の第１の表面が機械加工され複数の側面が基材の第１の表面と鋭角で交差 するようにすることをさらに特徴とする方法。 ７．請求の範囲第６項に記載の方法であって、 （ａ）幾何学形状構造の側面が一群の傾斜した管状構造を形成する （ｂ）幾何学形状構造の側面が実質的に円錐形である （ｃ）幾何学形状構造の側面が実質的に角錐形である （ｄ）幾何学形状構造が山形帯図形形状である の上記（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のうちの少なくとも１つであることを さらに特徴とする方法。 ８．請求の範囲第１，３又は５項のうちのいずれか１項に記載の 方法であって、 （ａ）機械加工が、各構造が側面の間に延びる底面を有する幾何学形状の構造 をつくり出す （ｂ）幾何学形状の構造が円錐台形である の上記（ａ）と（ｂ）のうちの少なくとも１つであることをさらに特徴とする 方法。 ９．請求の範囲第１，３又は５項のうちのいずれか１項に記載の方法であって 、 （ａ）基材が一体である （ｂ）基材が、ゴム、ナイロン、テフロン、フルオロエラストマー、熱硬化性 材料、及び熱可塑性材料からなる群から選択されている （ｃ）基材の材料が架橋シリコンゴムである の上記（ａ），（ｂ），（ｃ）のうちの少なくとも１つであることをさらに特 徴とする方法。 10．請求の範囲第６項に記載の方法であって、成形可能な材料が多層フィルム と熱可塑性樹脂とからなる群から選択されていることをさらに特徴とする方法。 11．請求の範囲第10項に記載の方法であって、熱可塑性樹脂が、ポリプロピレ ン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニール、ナイロン 、熱可塑性混合物、共重合体、及び共押出し体からなる群から選択されているこ とをさらに特徴とする方法。 12．請求の範囲第１，３又は５項記載の方法により製造された物品。 13．請求の範囲第12項に記載の物品の複製である物品。 14．請求の範囲第13項に記載の物品であって、複製物が、使い捨 ての柔軟商品のための機械的ファスナーと、菱形地紋の布、婦人用衛生品及び老 人用失禁製品を含む使い捨ての柔軟商品のための機械的接着ファスナーとからな る群から選択されていることをさらに特徴とする物品。 15．複製して構成された配列のための複製マスター工具として有用な物品であ って、前記物品が （ａ）第１の表面を有する可撓性の基材と （ｂ）基材の第１の表面を通って基材の中へと延び、レーザー光源によって形 成された、複数の幾何学形状の構造 とを具備していることを特徴とする複製マスター工具として有用な物品。