微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形品の製造方法、および微細貫通孔成形品
【課題】合成樹脂のシートに多数の微細貫通孔を形成することが可能な微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形品の製造方法、およびこのような方法を用いて作成された微細貫通孔成形品を提供する。
【解決手段】微細貫通孔成形装置１０は、受台１１と、受台１１上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂製の基材シート２０を支持するバックシート１２とを備えている。バックシート１２上方に、下方部に多数の突状部３１を有する超音波成形型３０が配置されている。超音波成形型３０は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シート２０を振動加熱する。これにより基材シート２０を溶融して基材シート２０に多数の微細貫通孔４１が形成された微細貫通孔成形品４０が作成される。
【解決手段】微細貫通孔成形装置１０は、受台１１と、受台１１上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂製の基材シート２０を支持するバックシート１２とを備えている。バックシート１２上方に、下方部に多数の突状部３１を有する超音波成形型３０が配置されている。超音波成形型３０は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シート２０を振動加熱する。これにより基材シート２０を溶融して基材シート２０に多数の微細貫通孔４１が形成された微細貫通孔成形品４０が作成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂からなる基材シートに多数の微細貫通孔を形成するための微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形装置を用いて多数の微細貫通孔を有する微細貫通孔成形品を製造する微細貫通孔成形品の製造方法、およびこのような微細貫通孔成形品の製造方法によって作成された微細貫通孔成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属シートに対して多数の微細な貫通孔を形成することが行われている。この場合、まず金属シートにフォトリソグラフィ法によって所定のパターンをパターニングし、その後、これに化学エッチングまたはドライエッチングを施すことにより、多数の貫通孔を形成するのが一般的である。またレーザービーム、電子ビーム、中性子ビームで貫通孔をあける方法もある。
【０００３】
しかしながら、このような方法を用いた場合、加工上の制約を受けることにより、微細な貫通孔の形状を機能用途に合わせて自在に設定することは困難である。また、対象となるシートはガラス、半導体、金属等に限られる。さらに、貫通孔を形成するための工程数が多いため、多数の製造装置を用いる必要がある。
【特許文献１】特開平５−２８９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、合成樹脂製のシートに多数の微細な（例えば直径１００μｍ以下の）貫通孔を形成しようとする場合、ナノインプリント技術（金型に形成された微細な凹凸を樹脂材料上に転写する技術）を用いることも考えられる。しかしながら、ナノインプリント技術を用いた場合、樹脂材料表面に微細な凹凸を形成することはできるが、樹脂材料を貫通する貫通孔を形成することはできない。
【０００５】
また合成樹脂製のシートに多数の微細な貫通孔を形成する場合、射出成形方法を用いることも考えられる。しかしながら、この場合、金型内で溶融樹脂がうまく流動せず、微細な貫通孔を形成することはできない。さらに、圧縮成形方法を用いたとしても、同様に微細な貫通孔を形成することはできない。このように、合成樹脂製のシートに多数の微細な貫通孔を形成することは容易でない。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、合成樹脂のシートに多数の微細な貫通孔を容易に形成することが可能な微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形品の製造方法、およびこのような方法を用いて作成された微細貫通孔成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、受台と、受台上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂製の基材シートを支持するバックシートと、バックシート上方に配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型とを備え、超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【０００８】
本発明は、超音波成形型は、成形時の前段において大きな振幅をもち、成形時の後段において小さな振幅をもって振動することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【０００９】
本発明は、超音波成形型に、超音波成形型を加熱する加熱装置が接続されていることを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１０】
本発明は、超音波成形型の各突状部は、山形形状を有することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１１】
本発明は、超音波成形型の各突状部は、平面円形状の頂部を有することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１２】
本発明は、超音波成形型の各突状部は、平面四角形状の頂部を有することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１３】
本発明は、超音波成形型の各突状部は、平面六角形状の頂部を有することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１４】
本発明は、受台上に耐熱性を有するバックシートを保持する工程と、バックシート上に合成樹脂製の基材シートを支持する工程と、バックシート上方に予め配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型を上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成する工程とを備えたことを特徴とする微細貫通孔成形品の製造方法である。
【００１５】
本発明は、基材シートに多数の微細貫通孔を形成する工程において、成形時の前段において大きな振幅で超音波成形型を上下方向に超音波振動し、成形時の後段において小さな振幅で超音波成形型を上下方向に超音波振動することを特徴とする微細貫通孔成形品の製造方法である。
【００１６】
本発明は、多数の微細貫通孔を有する合成樹脂製の基材シートからなり、微細貫通孔成形品の製造方法によって作成されたことを特徴とする微細貫通孔成形品である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成するので、合成樹脂からなる基材シートに対して多数の微細な貫通孔を容易かつ高精度に形成することができる。
【００１８】
また本発明によれば、多数の微細な貫通孔を有する微細貫通孔成形品を再現性良く得ることができる。また超音波成形型の形状を自在に設計することができるので、微細貫通孔成形品の貫通孔を任意の形状で任意の位置に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図１０は本発明の一実施の形態を示す図である。
【００２０】
（微細貫通孔成形装置）
まず図１により微細貫通孔成形品を成形する微細貫通孔成形装置の全体構成について説明する。
【００２１】
図１に示すように、微細貫通孔成形装置１０は、固定された受台１１と、受台１１上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂からなる基材シート２０を支持するバックシート１２とを備えている。
【００２２】
このうちバックシート１２は、耐熱性を有する（溶融温度が２５０℃以上である）とともに断熱性に優れた材料からなることが好ましく、かつ弾性変形により振動を吸収する振動吸収性及び貫入圧に抗して接触圧を発生するスプリングバック性を有することが好ましい。またバックシート１２は、基材シート２０に対して剥離性に優れているものであることが好ましい。このようなバックシート１２としては、例えばポリイミド、ポリテトラフルオロテチレン（ＰＴＦＥ）のシート、フッ素コーティングされた層（バックシート剥離層）１２ａを有する耐熱プラスチックのシート等、またはこれらを積層して組合せたもの等を用いることができる。
【００２３】
一方、基材シート２０は、超音波により溶融する性質を有する熱溶融性プラスチックからなっているが、ある程度の剛性および耐熱性を有することが好ましい。この場合、基材シート２０の溶融温度は、バックシート１２の溶融温度より５０℃以上低いことが好ましい。仮に基材シート２０の溶融温度とバックシート１２の溶融温度とが近い場合、基材シート２０の成形時に、バックシート１２が熱変形してしまうからである。このような基材シート２０の材料としては、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、非晶質ポリエチレンテレフタレート（Ａ−ＰＥＴ）、結晶性ポリエチレンテレフタレート、延伸性ポリエチレンテレフタレート、メタクリル酸エステル重合体（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ等を用いることができる。その他、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ等の熱可塑性プラスチックを適用することもできる。なお基材シート２０の厚みは任意であるが、後述する超音波成形型３０の振動幅および超音波成形型３０の上下方向の位置精度から考えて、１０μｍ乃至１０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２４】
また図１に示すように、バックシート１２内を貫通する吸引部１３が設けられている。この吸引部１３を介して真空吸引することにより、基材シート２０をバックシート１２上に固定保持できるようになっている。
【００２５】
さらにバックシート１２の上方には、超音波ホーン型からなる超音波成形型３０が配置されている。超音波成形型３０は、ベース部３３と、ベース部３３に取り付けられ、下方部に多数の突状部３１が形成されたホーンヘッド３２とを有している。さらに超音波成形型３０に加熱装置１４が接続されており、加熱装置１４により超音波成形型３０の多数の突状部３１を補助的に加熱できるようになっている。超音波成形型３０が超音波振動することによる加熱に加え、このような加熱装置１４を補助的に用いることにより、超音波成形型３０の突状部３１を効率よく加熱することができる。
【００２６】
また、超音波成形型３０に成形型制御装置１５が接続されている。超音波成形型３０は、この成形型制御装置１５により制御され、上下方向に昇降移動するとともに、上下方向に超音波振動する。この成形型制御装置１５による超音波成形型３０の昇降位置精度および超音波振動の振幅精度は、いずれも１μｍオーダーであることが好ましい。
【００２７】
超音波成形型３０は、成形型制御装置１５により制御され、上下方向に超音波振動しながら下降し、基材シート２０に当接して基材シート２０を振動加熱する。この際、超音波成形型３０は、多数の突状部３１によって基材シート２０を溶融し、基材シート２０に多数の微細貫通孔４１を形成するようになっている（詳細は後述する）。
【００２８】
（超音波成形型）
次に図２乃至図４により、上述した超音波成形型３０の構成について更に説明する。
【００２９】
図２に示すように、超音波成形型３０は、上方から下方に向けて先細となる形状を有するベース部３３と、ねじ部３２ｂによりこのベース部３３下端に螺着されたホーンヘッド３２とを有している。このうちホーンヘッド３２下端には、円筒形の先端凸部３２ａが形成されている。さらにこの先端凸部３２ａから下方に向けて多数の突状部３１が突設されている。なおホーンヘッド３２は、例えばチタン、アルミニウム等の金属からなっている。また、突状部３１をこれらの金属上に設けたＮｉメッキ層、Ｃｒメッキ層により構成することもできる。
【００３０】
次に図３および図４により、超音波成形型３０の突状部３１の構成について更に説明する。図３および図４に示すように、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、互いに同一形状を有する多数の突状部３１が形成されている。各突状部３１は、それぞれ山形形状を有している。すなわち各突状部３１は、平面円形状の頂部３１ａと、頂部３１ａから周囲に延びる裾部３１ｂとを有している。このうち裾部３１ｂは、頂部３１ａ側からホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ側に向けて徐々に直径が大きくなる円形の水平断面を有している。なお各突状部３１は、抜きテーパーを有する任意の形状であれば良いが、とりわけ各突状部３１先端を鋭角的に形成することが好ましい。各突状部３１先端を鋭角にすることにより、成形の際、基材シート２０に最初に接触する部分の面積を小さくすることができる。このことにより、振動エネルギーを基材シート２０に伝えやすくし、基材シート２０の溶融を開始させやすくすることができる。
【００３１】
図４において、各突状部３１の頂部３１ａの直径ｄ1は、微細貫通孔成形品４０の形状によって任意に定めることができるが、例えば１μｍ乃至１ｍｍ程度とすることが好ましい。隣接する頂部３１ａ同士間の距離Ｌ1は、同様に微細貫通孔成形品４０の形状によって任意に定めることができるが、例えば２０μｍ乃至５ｍｍ程度とすることが好ましい。各突状部３１の高さｈ1も同様に任意に定めることができるが、例えば１０μｍ乃至５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３２】
（超音波成形型の作成方法）
次に図５および図６により、このような超音波成形型３０を作成する方法、とりわけ超音波成形型３０の複数の突状部３１を形成する方法について説明する。
【００３３】
まず、例えばチタン等からなる未加工のホーンヘッド３２を準備する。次に、この未加工のホーンヘッド３２を超精密切削加工機３６に装着する。ここで超精密切削加工機３６は、図５および図６に示すように、先端にダイヤモンド刃先３８が設けられた切削工具３７を有している。このような超精密切削加工機３６としては、１ｎｍ程度の制御精度を有し、かつ加工後の金型の表面粗さＲａが数ｎｍとすることができるものが好ましい。具体的には、超精密切削加工機３６として、例えばファナック株式会社製の超精密ナノ加工機（ＲＯＢＯＮＡＮＯ）等を挙げることができる。
【００３４】
次に、超精密切削加工機３６の切削工具３７は、軸Ａ1を中心に時計回りに回転（自転）しながらホーンヘッド３２の先端凸部３２ａに当接する。続いて切削工具３７は、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａのうち、各突状部３１の頂部３１ａとなる部分を中心に反時計回りに回転（公転）しながら、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａを切削加工する。この結果、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａに、頂部３１ａと裾部３１ｂとを有する山形形状の突状部３１が形成される。その後、このような作業を突状部３１の個数分繰り返すことにより、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に多数の突状部３１が形成される。
【００３５】
（微細貫通孔成形品）
次に図７および図８により、図１に示す微細貫通孔成形装置１０により成形された微細貫通孔成形品４０の構成について説明する。
【００３６】
図７および図８に示す微細貫通孔成形品４０は、微細貫通孔成形装置１０を用いて基材シート２０を成形することにより作成されたものである。このような微細貫通孔成形品４０は、例えばフィルター部材、通気性部材、ネブライザーで使用される微粒液滴生成用のメッシュ等、様々な機能を発揮する部材として用いられる。このような微細貫通孔成形品４０を構成する材料としては、上述したような各種の熱溶融性樹脂、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、非晶質ポリエチレンテレフタレート（Ａ−ＰＥＴ）、結晶性ポリエチレンテレフタレート、延伸性ポリエチレンテレフタレート、メタクリル酸エステル重合体（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ等が挙げられる。その他、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ等の熱可塑性プラスチックを適用することもできる。
【００３７】
図７および図８に示すように、微細貫通孔成形品４０は、成形品本体部４２と、成形品本体部４２の全体にわたって形成された複数の微細貫通孔４１を有している。各微細貫通孔４１は、それぞれ超音波成形型３０の各突状部３１によって賦形されたものであり、したがって、各突状部３１の形状に対応する形状を有している。各微細貫通孔４１は、成形品本体部４２の一面４２ａに設けられた円形開口４１ａと、円形開口４１ａから成形品本体部４２の他面４２ｂ側に向けて延びる斜面部４１ｂとを有している。
【００３８】
図８において、各微細貫通孔４１の円形開口４１ａの直径ｄ2は、例えば１μｍ乃至１ｍｍ程度とすることが好ましい。また隣接する円形開口４１ａ同士間の距離Ｌ2は、例えば２０μｍ乃至５ｍｍ程度とすることが好ましい。さらに微細貫通孔成形品４０の厚さｔ2は、例えば１０μｍ乃至５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３９】
（微細貫通孔成形品の製造方法）
次に、図９（ａ）−（ｆ）および図１０を用いて、微細貫通孔成形装置１０により微細貫通孔成形品４０を作成する方法について説明する。
【００４０】
初めに、作成しようとする微細貫通孔成形品４０の３次元形状データに基づき、超精密切削加工機３６を用いてホーンヘッド３２を切削加工し、超音波成形型３０を作成する（図５および図６参照）。
【００４１】
続いて、超音波成形型３０を微細貫通孔成形装置１０に装着するとともに、加熱装置１４により超音波成形型３０を通常の室温（２０℃）から樹脂のガラス転移点温度乃至軟化温度程度に加熱する。
【００４２】
次いで、受台１１上にバックシート１２を保持し、このバックシート１２上に基材シート２０を載置する。また、吸引部１３により真空吸引することにより、基材シート２０をバックシート１２上で動かないように固定支持する（図９（ａ））。
【００４３】
次に、成形型制御装置１５により、バックシート１２上方に予め配置された超音波成形型３０を上下方向に超音波振動させ、さらにこのように超音波振動させた状態で超音波成形型３０を基材シート２０に向けて下降させる。なお、この場合、超音波成形型３０の振動数は任意に設定することができるが、２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度に設定することが好ましい。
【００４４】
その後、超音波成形型３０の各突状部３１が基材シート２０に接触する。この際、基材シート２０のうち各突状部３１が接触した箇所が超音波振動の振動エネルギーにより振動加熱され、この結果、当該箇所が軟化して溶融する（図９（ｂ））。
【００４５】
続いて、超音波成形型３０を更に下降させる。この間、超音波成形型３０の各突状部３１は、超音波振動により基材シート２０を加熱しながら、基材シート２０中を貫入していく。このようにして、超音波成形型３０の各突状部３１先端をバックシート１２に当接させる（図９（ｃ））。その後、各突状部３１先端の振動下端がバックシート１２の表面上に位置するように維持したまま、超音波成形型３０の超音波振動の振幅を徐々に減衰させていき、最終的に停止させる。
【００４６】
このように超音波成形型３０が下降する間、超音波成形型３０は、成形型制御装置１５により制御され、成形時の前段において大きな振幅をもち、成形時の後段において小さな振幅をもつように振動することが好ましい。
【００４７】
具体的には、図１０に示すように、超音波成形型３０は、突状部３１先端がバックシート１２に当接するまで相対的に大きな振幅で振動しながら下降する（図１０の時間Ｔ1）。これに対して、突状部３１先端がバックシート１２に当接した後、超音波成形型３０は、徐々に振幅が小さくなるように減衰振動し、その後停止する（図１０の時間Ｔ2）。なお、超音波成形型３０が減衰振動している間、突状部３１先端の振動下端は、バックシート１２の表面上にくるように維持される（図１０参照）。このように超音波成形型３０の振動を制御することにより、微細貫通孔成形品４０の微細貫通孔４１を高精度で賦形することが可能となる。また、突状部３１の貫入時に超音波成形型３０の振幅を変動させることなく、同一の低振幅（２μｍ〜５μｍ）で基材シート２０に貫入し、そのまま先端位置（バックシート１２表面）に到達させ、停止する方法もある。
【００４８】
次に、加熱装置１４が停止し、超音波成形型３０が冷却される。これにより、基材シート２０も冷却されて固化し、基材シート２０に多数の微細貫通孔４１が形成される。このようにして、基材シート２０から多数の微細貫通孔４１を有する微細貫通孔成形品４０が成形される。この場合、図示しない冷却装置を用いることにより、超音波成形型３０および基材シート２０を積極的に冷却しても良い。
【００４９】
次に、成形型制御装置１５により超音波成形型３０を上昇させる。この場合、超音波成形型３０および微細貫通孔成形品４０（基材シート２０）は冷却されて寸法がわずかに縮んでいるので、微細貫通孔成形品４０を超音波成形型３０から容易に離型することができる（図９（ｄ））。また、微細貫通孔成形品４０（基材シート２０）が超音波成形型３０に付着する場合には、まず超音波成形型３０をわずかに上昇させ、そこで再度極短時間超音波成形型３０を振動させることで、微細貫通孔成形品４０を超音波成形型３０から容易に離型することができる。
【００５０】
続いて、吸引部１３による真空吸引を停止し、受台１１からバックシート１２および微細貫通孔成形品４０を取外す（図９（ｅ））。最後に、バックシート１２から微細貫通孔成形品４０を剥離することにより、図７および図８に示す微細貫通孔成形品４０が得られる（図９（ｆ））。なお、受台１１上に保持された状態のバックシート１２から直接微細貫通孔成形品４０を剥離しても良い。
【００５１】
以上のように本実施の形態によれば、超音波成形型３０は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シート２０を振動加熱し、基材シート２０を溶融して基材シート２０に多数の微細貫通孔４１を形成する。このことにより、合成樹脂からなる基材シート２０に対して多数の微細貫通孔４１を容易かつ高精度に形成することができる。
【００５２】
また本実施の形態によれば、多数の微細貫通孔４１を有する微細貫通孔成形品４０を再現性良く得ることができる。また超音波成形型３０の形状を自在に設計することができる。したがって、微細貫通孔成形品４０の微細貫通孔４１を任意の形状で任意の位置に形成することができる。
【００５３】
さらに本実施の形態によれば、微細貫通孔成形装置１０を用いて樹脂成形方法により微細貫通孔成形品４０を作成するので、工程数および製造装置を少なくすることができ、微細貫通孔成形品４０の製造コストを低く抑えることができる。
【００５４】
次に、本実施の形態の各変形例を図１１乃至図１６により説明する。図１１乃至図１６に示す各変形例は、超音波成形型３０の各突状部の形状および微細貫通孔成形品４０の貫通孔の形状が異なるものであり、他の構成は図１乃至図１０に示す実施の形態と同様である。図１１乃至図１６において、図１乃至図１０に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５５】
変形例１
まず本実施の形態の変形例１を図１１乃至図１３により説明する。図１１に示すように、超音波成形型３０のホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、互いに同一形状を有する多数の突状部５１が形成されている。各突状部５１はそれぞれ山形形状を有している。また各突状部５１は、平面四角形状（正方形状）の頂部５１ａと、頂部５１ａから周囲に延びる裾部５１ｂとを有している。このうち裾部５１ｂは、頂部５１ａ側からホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ側に向けて徐々に面積が大きくなる四角形（正方形）の水平断面を有している。
【００５６】
このような超音波成形型３０は、図５および図６に示す実施の形態と同様、超精密切削加工機３６を用いて作成することができる。具体的には、図１１に示すように、ホーンヘッド３２に対して、超精密切削加工機３６の切削工具３７を軸Ａ1を中心に回転（自転）させながらＤ1方向およびＤ2方向に直線移動させる。なおＤ1方向およびＤ2方向は互いに直交している。このようにホーンヘッド３２を切削加工することにより、図１１に示すように、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、各々四角形の頂部５１ａを有する複数の突状部５１が形成される。
【００５７】
また、図１２および図１３は、図１１に示す超音波成形型３０を用いて作成された微細貫通孔成形品４０を示している。図１２および図１３において、微細貫通孔成形品４０は、成形品本体部４２と、成形品本体部４２に形成された複数の微細貫通孔５２とを有している。各微細貫通孔５２は、それぞれ図１１に示す超音波成形型３０の各突状部５１によって賦形されたものであり、各突状部５１の形状に対応する形状を有している。図１３に示すように、各微細貫通孔５２は、成形品本体部４２の一面４２ａに設けられた四角形開口５２ａと、四角形開口５２ａから成形品本体部４２の他面４２ｂ側に向けて延びる斜面部５２ｂとを有している。
【００５８】
本実施の形態の変形例１においても、図１乃至図１０に示す実施の形態と同様の効果が得られる。とりわけ、多数の四角形の微細貫通孔５２を有する微細貫通孔成形品４０を精度良く作成することができる。
【００５９】
変形例２
まず本実施の形態の変形例２を図１４乃至図１６により説明する。図１４に示すように、超音波成形型３０のホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、互いに同一形状を有する多数の突状部６１が形成されている。各突状部６１はそれぞれ山形形状を有している。また各突状部６１は、平面正六角形状の頂部６１ａと、頂部６１ａから周囲に延びる裾部６１ｂとを有している。このうち裾部６１ｂは、頂部６１ａ側からホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ側に向けて徐々に面積が大きくなる正六角形の水平断面を有している。
【００６０】
このような超音波成形型３０は、図５および図６に示す実施の形態と同様、超精密切削加工機３６を用いて作成することができる。具体的には、図１４に示すように、ホーンヘッド３２に対して、超精密切削加工機３６の切削工具３７を軸Ａ1を中心に回転（自転）させながらＤ1方向、Ｄ2方向およびＤ3方向に直線移動させる。なおＤ1方向、Ｄ2方向およびＤ3方向はそれぞれ互いに６０°で交わっている。このようにホーンヘッド３２を切削加工することにより、図１４に示すように、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、各々正六角形の頂部６１ａを有する複数の突状部６１が形成される。
【００６１】
また、図１５および図１６は、図１４に示す超音波成形型３０を用いて作成された微細貫通孔成形品４０を示している。図１５および図１６において、微細貫通孔成形品４０は、成形品本体部４２と、成形品本体部４２に形成された複数の微細貫通孔６２とを有している。各微細貫通孔６２は、それぞれ図１４に示す超音波成形型３０の各突状部６１によって賦形されたものであり、各突状部６１の形状に対応する形状を有している。図１６に示すように、各微細貫通孔６２は、成形品本体部４２の一面４２ａに設けられた六角形開口６２ａと、六角形開口６２ａから成形品本体部４２の他面４２ｂ側に向けて延びる斜面部６２ｂとを有している。
【００６２】
本実施の形態の変形例２においても、図１乃至図１０に示す実施の形態と同様の効果が得られる。とりわけ、多数の六角形の微細貫通孔６２を有する微細貫通孔成形品４０を精度良く作成することができる。また、加工時間をかけることで、山の頂点部、裾野部分を任意の形状に加工したものを適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置を示す概略正面図。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す正面図。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す底面図（図２のIII方向矢視図）。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す垂直断面図（図３のIV−IV線断面図）。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を作成する方法を示す概略斜視図。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を作成する方法を示す概略断面図。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品を示す平面図。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品を示す垂直断面図（図７のVIII−VIII線断面図）。
【図９】図９（ａ）−（ｆ）は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法を示す図。
【図１０】図１０は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法において、超音波成形型の突状部先端の挙動を示す図。
【図１１】図１１は、本発明の一実施の形態の変形例１による超音波成形型を示す概略斜視図。
【図１２】図１２は、本発明の一実施の形態の変形例１による微細貫通孔成形品を示す平面図。
【図１３】図１３は、本発明の一実施の形態の変形例１による微細貫通孔成形品を示す垂直断面図（図１２のXIII−XIII線断面図）。
【図１４】図１４は、本発明の一実施の形態の変形例２による超音波成形型を示す概略斜視図。
【図１５】図１５は、本発明の一実施の形態の変形例２による微細貫通孔成形品を示す平面図。
【図１６】図１６は、本発明の一実施の形態の変形例２による微細貫通孔成形品を示す垂直断面図（図１５のXVI−XVI線断面図）。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 微細貫通孔成形装置
１１ 受台
１２ バックシート
１２ａ バックシート剥離層
１３ 吸引部
１４ 加熱装置
１５ 成形型制御装置
２０ 基材シート
３０ 超音波成形型
３１、５１、６１ 突状部
３１ａ、５１ａ、６１ａ 頂部
３１ｂ、５１ｂ、６１ｂ 裾部
３２ ホーンヘッド
３２ａ 先端凸部
３３ ベース部
３６ 超精密切削加工機
３７ 切削工具
４０ 微細貫通孔成形品
４１、５２、６２ 微細貫通孔
４１ａ 円形開口
４１ｂ、５２ｂ、６２ｂ 斜面部
４２ 成形品本体部
５２ａ 四角形開口
６２ａ 六角形開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂からなる基材シートに多数の微細貫通孔を形成するための微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形装置を用いて多数の微細貫通孔を有する微細貫通孔成形品を製造する微細貫通孔成形品の製造方法、およびこのような微細貫通孔成形品の製造方法によって作成された微細貫通孔成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属シートに対して多数の微細な貫通孔を形成することが行われている。この場合、まず金属シートにフォトリソグラフィ法によって所定のパターンをパターニングし、その後、これに化学エッチングまたはドライエッチングを施すことにより、多数の貫通孔を形成するのが一般的である。またレーザービーム、電子ビーム、中性子ビームで貫通孔をあける方法もある。
【０００３】
しかしながら、このような方法を用いた場合、加工上の制約を受けることにより、微細な貫通孔の形状を機能用途に合わせて自在に設定することは困難である。また、対象となるシートはガラス、半導体、金属等に限られる。さらに、貫通孔を形成するための工程数が多いため、多数の製造装置を用いる必要がある。
【特許文献１】特開平５−２８９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、合成樹脂製のシートに多数の微細な（例えば直径１００μｍ以下の）貫通孔を形成しようとする場合、ナノインプリント技術（金型に形成された微細な凹凸を樹脂材料上に転写する技術）を用いることも考えられる。しかしながら、ナノインプリント技術を用いた場合、樹脂材料表面に微細な凹凸を形成することはできるが、樹脂材料を貫通する貫通孔を形成することはできない。
【０００５】
また合成樹脂製のシートに多数の微細な貫通孔を形成する場合、射出成形方法を用いることも考えられる。しかしながら、この場合、金型内で溶融樹脂がうまく流動せず、微細な貫通孔を形成することはできない。さらに、圧縮成形方法を用いたとしても、同様に微細な貫通孔を形成することはできない。このように、合成樹脂製のシートに多数の微細な貫通孔を形成することは容易でない。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、合成樹脂のシートに多数の微細な貫通孔を容易に形成することが可能な微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形品の製造方法、およびこのような方法を用いて作成された微細貫通孔成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、受台と、受台上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂製の基材シートを支持するバックシートと、バックシート上方に配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型とを備え、超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【０００８】
本発明は、超音波成形型は、成形時の前段において大きな振幅をもち、成形時の後段において小さな振幅をもって振動することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【０００９】
本発明は、超音波成形型に、超音波成形型を加熱する加熱装置が接続されていることを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１０】
本発明は、超音波成形型の各突状部は、山形形状を有することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１１】
本発明は、超音波成形型の各突状部は、平面円形状の頂部を有することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１２】
本発明は、超音波成形型の各突状部は、平面四角形状の頂部を有することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１３】
本発明は、超音波成形型の各突状部は、平面六角形状の頂部を有することを特徴とする微細貫通孔成形装置である。
【００１４】
本発明は、受台上に耐熱性を有するバックシートを保持する工程と、バックシート上に合成樹脂製の基材シートを支持する工程と、バックシート上方に予め配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型を上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成する工程とを備えたことを特徴とする微細貫通孔成形品の製造方法である。
【００１５】
本発明は、基材シートに多数の微細貫通孔を形成する工程において、成形時の前段において大きな振幅で超音波成形型を上下方向に超音波振動し、成形時の後段において小さな振幅で超音波成形型を上下方向に超音波振動することを特徴とする微細貫通孔成形品の製造方法である。
【００１６】
本発明は、多数の微細貫通孔を有する合成樹脂製の基材シートからなり、微細貫通孔成形品の製造方法によって作成されたことを特徴とする微細貫通孔成形品である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成するので、合成樹脂からなる基材シートに対して多数の微細な貫通孔を容易かつ高精度に形成することができる。
【００１８】
また本発明によれば、多数の微細な貫通孔を有する微細貫通孔成形品を再現性良く得ることができる。また超音波成形型の形状を自在に設計することができるので、微細貫通孔成形品の貫通孔を任意の形状で任意の位置に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図１０は本発明の一実施の形態を示す図である。
【００２０】
（微細貫通孔成形装置）
まず図１により微細貫通孔成形品を成形する微細貫通孔成形装置の全体構成について説明する。
【００２１】
図１に示すように、微細貫通孔成形装置１０は、固定された受台１１と、受台１１上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂からなる基材シート２０を支持するバックシート１２とを備えている。
【００２２】
このうちバックシート１２は、耐熱性を有する（溶融温度が２５０℃以上である）とともに断熱性に優れた材料からなることが好ましく、かつ弾性変形により振動を吸収する振動吸収性及び貫入圧に抗して接触圧を発生するスプリングバック性を有することが好ましい。またバックシート１２は、基材シート２０に対して剥離性に優れているものであることが好ましい。このようなバックシート１２としては、例えばポリイミド、ポリテトラフルオロテチレン（ＰＴＦＥ）のシート、フッ素コーティングされた層（バックシート剥離層）１２ａを有する耐熱プラスチックのシート等、またはこれらを積層して組合せたもの等を用いることができる。
【００２３】
一方、基材シート２０は、超音波により溶融する性質を有する熱溶融性プラスチックからなっているが、ある程度の剛性および耐熱性を有することが好ましい。この場合、基材シート２０の溶融温度は、バックシート１２の溶融温度より５０℃以上低いことが好ましい。仮に基材シート２０の溶融温度とバックシート１２の溶融温度とが近い場合、基材シート２０の成形時に、バックシート１２が熱変形してしまうからである。このような基材シート２０の材料としては、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、非晶質ポリエチレンテレフタレート（Ａ−ＰＥＴ）、結晶性ポリエチレンテレフタレート、延伸性ポリエチレンテレフタレート、メタクリル酸エステル重合体（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ等を用いることができる。その他、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ等の熱可塑性プラスチックを適用することもできる。なお基材シート２０の厚みは任意であるが、後述する超音波成形型３０の振動幅および超音波成形型３０の上下方向の位置精度から考えて、１０μｍ乃至１０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２４】
また図１に示すように、バックシート１２内を貫通する吸引部１３が設けられている。この吸引部１３を介して真空吸引することにより、基材シート２０をバックシート１２上に固定保持できるようになっている。
【００２５】
さらにバックシート１２の上方には、超音波ホーン型からなる超音波成形型３０が配置されている。超音波成形型３０は、ベース部３３と、ベース部３３に取り付けられ、下方部に多数の突状部３１が形成されたホーンヘッド３２とを有している。さらに超音波成形型３０に加熱装置１４が接続されており、加熱装置１４により超音波成形型３０の多数の突状部３１を補助的に加熱できるようになっている。超音波成形型３０が超音波振動することによる加熱に加え、このような加熱装置１４を補助的に用いることにより、超音波成形型３０の突状部３１を効率よく加熱することができる。
【００２６】
また、超音波成形型３０に成形型制御装置１５が接続されている。超音波成形型３０は、この成形型制御装置１５により制御され、上下方向に昇降移動するとともに、上下方向に超音波振動する。この成形型制御装置１５による超音波成形型３０の昇降位置精度および超音波振動の振幅精度は、いずれも１μｍオーダーであることが好ましい。
【００２７】
超音波成形型３０は、成形型制御装置１５により制御され、上下方向に超音波振動しながら下降し、基材シート２０に当接して基材シート２０を振動加熱する。この際、超音波成形型３０は、多数の突状部３１によって基材シート２０を溶融し、基材シート２０に多数の微細貫通孔４１を形成するようになっている（詳細は後述する）。
【００２８】
（超音波成形型）
次に図２乃至図４により、上述した超音波成形型３０の構成について更に説明する。
【００２９】
図２に示すように、超音波成形型３０は、上方から下方に向けて先細となる形状を有するベース部３３と、ねじ部３２ｂによりこのベース部３３下端に螺着されたホーンヘッド３２とを有している。このうちホーンヘッド３２下端には、円筒形の先端凸部３２ａが形成されている。さらにこの先端凸部３２ａから下方に向けて多数の突状部３１が突設されている。なおホーンヘッド３２は、例えばチタン、アルミニウム等の金属からなっている。また、突状部３１をこれらの金属上に設けたＮｉメッキ層、Ｃｒメッキ層により構成することもできる。
【００３０】
次に図３および図４により、超音波成形型３０の突状部３１の構成について更に説明する。図３および図４に示すように、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、互いに同一形状を有する多数の突状部３１が形成されている。各突状部３１は、それぞれ山形形状を有している。すなわち各突状部３１は、平面円形状の頂部３１ａと、頂部３１ａから周囲に延びる裾部３１ｂとを有している。このうち裾部３１ｂは、頂部３１ａ側からホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ側に向けて徐々に直径が大きくなる円形の水平断面を有している。なお各突状部３１は、抜きテーパーを有する任意の形状であれば良いが、とりわけ各突状部３１先端を鋭角的に形成することが好ましい。各突状部３１先端を鋭角にすることにより、成形の際、基材シート２０に最初に接触する部分の面積を小さくすることができる。このことにより、振動エネルギーを基材シート２０に伝えやすくし、基材シート２０の溶融を開始させやすくすることができる。
【００３１】
図４において、各突状部３１の頂部３１ａの直径ｄ1は、微細貫通孔成形品４０の形状によって任意に定めることができるが、例えば１μｍ乃至１ｍｍ程度とすることが好ましい。隣接する頂部３１ａ同士間の距離Ｌ1は、同様に微細貫通孔成形品４０の形状によって任意に定めることができるが、例えば２０μｍ乃至５ｍｍ程度とすることが好ましい。各突状部３１の高さｈ1も同様に任意に定めることができるが、例えば１０μｍ乃至５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３２】
（超音波成形型の作成方法）
次に図５および図６により、このような超音波成形型３０を作成する方法、とりわけ超音波成形型３０の複数の突状部３１を形成する方法について説明する。
【００３３】
まず、例えばチタン等からなる未加工のホーンヘッド３２を準備する。次に、この未加工のホーンヘッド３２を超精密切削加工機３６に装着する。ここで超精密切削加工機３６は、図５および図６に示すように、先端にダイヤモンド刃先３８が設けられた切削工具３７を有している。このような超精密切削加工機３６としては、１ｎｍ程度の制御精度を有し、かつ加工後の金型の表面粗さＲａが数ｎｍとすることができるものが好ましい。具体的には、超精密切削加工機３６として、例えばファナック株式会社製の超精密ナノ加工機（ＲＯＢＯＮＡＮＯ）等を挙げることができる。
【００３４】
次に、超精密切削加工機３６の切削工具３７は、軸Ａ1を中心に時計回りに回転（自転）しながらホーンヘッド３２の先端凸部３２ａに当接する。続いて切削工具３７は、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａのうち、各突状部３１の頂部３１ａとなる部分を中心に反時計回りに回転（公転）しながら、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａを切削加工する。この結果、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａに、頂部３１ａと裾部３１ｂとを有する山形形状の突状部３１が形成される。その後、このような作業を突状部３１の個数分繰り返すことにより、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に多数の突状部３１が形成される。
【００３５】
（微細貫通孔成形品）
次に図７および図８により、図１に示す微細貫通孔成形装置１０により成形された微細貫通孔成形品４０の構成について説明する。
【００３６】
図７および図８に示す微細貫通孔成形品４０は、微細貫通孔成形装置１０を用いて基材シート２０を成形することにより作成されたものである。このような微細貫通孔成形品４０は、例えばフィルター部材、通気性部材、ネブライザーで使用される微粒液滴生成用のメッシュ等、様々な機能を発揮する部材として用いられる。このような微細貫通孔成形品４０を構成する材料としては、上述したような各種の熱溶融性樹脂、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、非晶質ポリエチレンテレフタレート（Ａ−ＰＥＴ）、結晶性ポリエチレンテレフタレート、延伸性ポリエチレンテレフタレート、メタクリル酸エステル重合体（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ等が挙げられる。その他、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ等の熱可塑性プラスチックを適用することもできる。
【００３７】
図７および図８に示すように、微細貫通孔成形品４０は、成形品本体部４２と、成形品本体部４２の全体にわたって形成された複数の微細貫通孔４１を有している。各微細貫通孔４１は、それぞれ超音波成形型３０の各突状部３１によって賦形されたものであり、したがって、各突状部３１の形状に対応する形状を有している。各微細貫通孔４１は、成形品本体部４２の一面４２ａに設けられた円形開口４１ａと、円形開口４１ａから成形品本体部４２の他面４２ｂ側に向けて延びる斜面部４１ｂとを有している。
【００３８】
図８において、各微細貫通孔４１の円形開口４１ａの直径ｄ2は、例えば１μｍ乃至１ｍｍ程度とすることが好ましい。また隣接する円形開口４１ａ同士間の距離Ｌ2は、例えば２０μｍ乃至５ｍｍ程度とすることが好ましい。さらに微細貫通孔成形品４０の厚さｔ2は、例えば１０μｍ乃至５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３９】
（微細貫通孔成形品の製造方法）
次に、図９（ａ）−（ｆ）および図１０を用いて、微細貫通孔成形装置１０により微細貫通孔成形品４０を作成する方法について説明する。
【００４０】
初めに、作成しようとする微細貫通孔成形品４０の３次元形状データに基づき、超精密切削加工機３６を用いてホーンヘッド３２を切削加工し、超音波成形型３０を作成する（図５および図６参照）。
【００４１】
続いて、超音波成形型３０を微細貫通孔成形装置１０に装着するとともに、加熱装置１４により超音波成形型３０を通常の室温（２０℃）から樹脂のガラス転移点温度乃至軟化温度程度に加熱する。
【００４２】
次いで、受台１１上にバックシート１２を保持し、このバックシート１２上に基材シート２０を載置する。また、吸引部１３により真空吸引することにより、基材シート２０をバックシート１２上で動かないように固定支持する（図９（ａ））。
【００４３】
次に、成形型制御装置１５により、バックシート１２上方に予め配置された超音波成形型３０を上下方向に超音波振動させ、さらにこのように超音波振動させた状態で超音波成形型３０を基材シート２０に向けて下降させる。なお、この場合、超音波成形型３０の振動数は任意に設定することができるが、２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度に設定することが好ましい。
【００４４】
その後、超音波成形型３０の各突状部３１が基材シート２０に接触する。この際、基材シート２０のうち各突状部３１が接触した箇所が超音波振動の振動エネルギーにより振動加熱され、この結果、当該箇所が軟化して溶融する（図９（ｂ））。
【００４５】
続いて、超音波成形型３０を更に下降させる。この間、超音波成形型３０の各突状部３１は、超音波振動により基材シート２０を加熱しながら、基材シート２０中を貫入していく。このようにして、超音波成形型３０の各突状部３１先端をバックシート１２に当接させる（図９（ｃ））。その後、各突状部３１先端の振動下端がバックシート１２の表面上に位置するように維持したまま、超音波成形型３０の超音波振動の振幅を徐々に減衰させていき、最終的に停止させる。
【００４６】
このように超音波成形型３０が下降する間、超音波成形型３０は、成形型制御装置１５により制御され、成形時の前段において大きな振幅をもち、成形時の後段において小さな振幅をもつように振動することが好ましい。
【００４７】
具体的には、図１０に示すように、超音波成形型３０は、突状部３１先端がバックシート１２に当接するまで相対的に大きな振幅で振動しながら下降する（図１０の時間Ｔ1）。これに対して、突状部３１先端がバックシート１２に当接した後、超音波成形型３０は、徐々に振幅が小さくなるように減衰振動し、その後停止する（図１０の時間Ｔ2）。なお、超音波成形型３０が減衰振動している間、突状部３１先端の振動下端は、バックシート１２の表面上にくるように維持される（図１０参照）。このように超音波成形型３０の振動を制御することにより、微細貫通孔成形品４０の微細貫通孔４１を高精度で賦形することが可能となる。また、突状部３１の貫入時に超音波成形型３０の振幅を変動させることなく、同一の低振幅（２μｍ〜５μｍ）で基材シート２０に貫入し、そのまま先端位置（バックシート１２表面）に到達させ、停止する方法もある。
【００４８】
次に、加熱装置１４が停止し、超音波成形型３０が冷却される。これにより、基材シート２０も冷却されて固化し、基材シート２０に多数の微細貫通孔４１が形成される。このようにして、基材シート２０から多数の微細貫通孔４１を有する微細貫通孔成形品４０が成形される。この場合、図示しない冷却装置を用いることにより、超音波成形型３０および基材シート２０を積極的に冷却しても良い。
【００４９】
次に、成形型制御装置１５により超音波成形型３０を上昇させる。この場合、超音波成形型３０および微細貫通孔成形品４０（基材シート２０）は冷却されて寸法がわずかに縮んでいるので、微細貫通孔成形品４０を超音波成形型３０から容易に離型することができる（図９（ｄ））。また、微細貫通孔成形品４０（基材シート２０）が超音波成形型３０に付着する場合には、まず超音波成形型３０をわずかに上昇させ、そこで再度極短時間超音波成形型３０を振動させることで、微細貫通孔成形品４０を超音波成形型３０から容易に離型することができる。
【００５０】
続いて、吸引部１３による真空吸引を停止し、受台１１からバックシート１２および微細貫通孔成形品４０を取外す（図９（ｅ））。最後に、バックシート１２から微細貫通孔成形品４０を剥離することにより、図７および図８に示す微細貫通孔成形品４０が得られる（図９（ｆ））。なお、受台１１上に保持された状態のバックシート１２から直接微細貫通孔成形品４０を剥離しても良い。
【００５１】
以上のように本実施の形態によれば、超音波成形型３０は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シート２０を振動加熱し、基材シート２０を溶融して基材シート２０に多数の微細貫通孔４１を形成する。このことにより、合成樹脂からなる基材シート２０に対して多数の微細貫通孔４１を容易かつ高精度に形成することができる。
【００５２】
また本実施の形態によれば、多数の微細貫通孔４１を有する微細貫通孔成形品４０を再現性良く得ることができる。また超音波成形型３０の形状を自在に設計することができる。したがって、微細貫通孔成形品４０の微細貫通孔４１を任意の形状で任意の位置に形成することができる。
【００５３】
さらに本実施の形態によれば、微細貫通孔成形装置１０を用いて樹脂成形方法により微細貫通孔成形品４０を作成するので、工程数および製造装置を少なくすることができ、微細貫通孔成形品４０の製造コストを低く抑えることができる。
【００５４】
次に、本実施の形態の各変形例を図１１乃至図１６により説明する。図１１乃至図１６に示す各変形例は、超音波成形型３０の各突状部の形状および微細貫通孔成形品４０の貫通孔の形状が異なるものであり、他の構成は図１乃至図１０に示す実施の形態と同様である。図１１乃至図１６において、図１乃至図１０に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５５】
変形例１
まず本実施の形態の変形例１を図１１乃至図１３により説明する。図１１に示すように、超音波成形型３０のホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、互いに同一形状を有する多数の突状部５１が形成されている。各突状部５１はそれぞれ山形形状を有している。また各突状部５１は、平面四角形状（正方形状）の頂部５１ａと、頂部５１ａから周囲に延びる裾部５１ｂとを有している。このうち裾部５１ｂは、頂部５１ａ側からホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ側に向けて徐々に面積が大きくなる四角形（正方形）の水平断面を有している。
【００５６】
このような超音波成形型３０は、図５および図６に示す実施の形態と同様、超精密切削加工機３６を用いて作成することができる。具体的には、図１１に示すように、ホーンヘッド３２に対して、超精密切削加工機３６の切削工具３７を軸Ａ1を中心に回転（自転）させながらＤ1方向およびＤ2方向に直線移動させる。なおＤ1方向およびＤ2方向は互いに直交している。このようにホーンヘッド３２を切削加工することにより、図１１に示すように、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、各々四角形の頂部５１ａを有する複数の突状部５１が形成される。
【００５７】
また、図１２および図１３は、図１１に示す超音波成形型３０を用いて作成された微細貫通孔成形品４０を示している。図１２および図１３において、微細貫通孔成形品４０は、成形品本体部４２と、成形品本体部４２に形成された複数の微細貫通孔５２とを有している。各微細貫通孔５２は、それぞれ図１１に示す超音波成形型３０の各突状部５１によって賦形されたものであり、各突状部５１の形状に対応する形状を有している。図１３に示すように、各微細貫通孔５２は、成形品本体部４２の一面４２ａに設けられた四角形開口５２ａと、四角形開口５２ａから成形品本体部４２の他面４２ｂ側に向けて延びる斜面部５２ｂとを有している。
【００５８】
本実施の形態の変形例１においても、図１乃至図１０に示す実施の形態と同様の効果が得られる。とりわけ、多数の四角形の微細貫通孔５２を有する微細貫通孔成形品４０を精度良く作成することができる。
【００５９】
変形例２
まず本実施の形態の変形例２を図１４乃至図１６により説明する。図１４に示すように、超音波成形型３０のホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、互いに同一形状を有する多数の突状部６１が形成されている。各突状部６１はそれぞれ山形形状を有している。また各突状部６１は、平面正六角形状の頂部６１ａと、頂部６１ａから周囲に延びる裾部６１ｂとを有している。このうち裾部６１ｂは、頂部６１ａ側からホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ側に向けて徐々に面積が大きくなる正六角形の水平断面を有している。
【００６０】
このような超音波成形型３０は、図５および図６に示す実施の形態と同様、超精密切削加工機３６を用いて作成することができる。具体的には、図１４に示すように、ホーンヘッド３２に対して、超精密切削加工機３６の切削工具３７を軸Ａ1を中心に回転（自転）させながらＤ1方向、Ｄ2方向およびＤ3方向に直線移動させる。なおＤ1方向、Ｄ2方向およびＤ3方向はそれぞれ互いに６０°で交わっている。このようにホーンヘッド３２を切削加工することにより、図１４に示すように、ホーンヘッド３２の先端凸部３２ａ上に、各々正六角形の頂部６１ａを有する複数の突状部６１が形成される。
【００６１】
また、図１５および図１６は、図１４に示す超音波成形型３０を用いて作成された微細貫通孔成形品４０を示している。図１５および図１６において、微細貫通孔成形品４０は、成形品本体部４２と、成形品本体部４２に形成された複数の微細貫通孔６２とを有している。各微細貫通孔６２は、それぞれ図１４に示す超音波成形型３０の各突状部６１によって賦形されたものであり、各突状部６１の形状に対応する形状を有している。図１６に示すように、各微細貫通孔６２は、成形品本体部４２の一面４２ａに設けられた六角形開口６２ａと、六角形開口６２ａから成形品本体部４２の他面４２ｂ側に向けて延びる斜面部６２ｂとを有している。
【００６２】
本実施の形態の変形例２においても、図１乃至図１０に示す実施の形態と同様の効果が得られる。とりわけ、多数の六角形の微細貫通孔６２を有する微細貫通孔成形品４０を精度良く作成することができる。また、加工時間をかけることで、山の頂点部、裾野部分を任意の形状に加工したものを適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置を示す概略正面図。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す正面図。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す底面図（図２のIII方向矢視図）。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を示す垂直断面図（図３のIV−IV線断面図）。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を作成する方法を示す概略斜視図。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置の超音波成形型を作成する方法を示す概略断面図。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品を示す平面図。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品を示す垂直断面図（図７のVIII−VIII線断面図）。
【図９】図９（ａ）−（ｆ）は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法を示す図。
【図１０】図１０は、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品の製造方法において、超音波成形型の突状部先端の挙動を示す図。
【図１１】図１１は、本発明の一実施の形態の変形例１による超音波成形型を示す概略斜視図。
【図１２】図１２は、本発明の一実施の形態の変形例１による微細貫通孔成形品を示す平面図。
【図１３】図１３は、本発明の一実施の形態の変形例１による微細貫通孔成形品を示す垂直断面図（図１２のXIII−XIII線断面図）。
【図１４】図１４は、本発明の一実施の形態の変形例２による超音波成形型を示す概略斜視図。
【図１５】図１５は、本発明の一実施の形態の変形例２による微細貫通孔成形品を示す平面図。
【図１６】図１６は、本発明の一実施の形態の変形例２による微細貫通孔成形品を示す垂直断面図（図１５のXVI−XVI線断面図）。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 微細貫通孔成形装置
１１ 受台
１２ バックシート
１２ａ バックシート剥離層
１３ 吸引部
１４ 加熱装置
１５ 成形型制御装置
２０ 基材シート
３０ 超音波成形型
３１、５１、６１ 突状部
３１ａ、５１ａ、６１ａ 頂部
３１ｂ、５１ｂ、６１ｂ 裾部
３２ ホーンヘッド
３２ａ 先端凸部
３３ ベース部
３６ 超精密切削加工機
３７ 切削工具
４０ 微細貫通孔成形品
４１、５２、６２ 微細貫通孔
４１ａ 円形開口
４１ｂ、５２ｂ、６２ｂ 斜面部
４２ 成形品本体部
５２ａ 四角形開口
６２ａ 六角形開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受台と、
受台上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂製の基材シートを支持するバックシートと、
バックシート上方に配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型とを備え、
超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成することを特徴とする微細貫通孔成形装置。
【請求項２】
超音波成形型は、成形時の前段において大きな振幅をもち、成形時の後段において小さな振幅をもって振動することを特徴とする請求項１記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項３】
超音波成形型に、超音波成形型を加熱する加熱装置が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項４】
超音波成形型の各突状部は、山形形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項５】
超音波成形型の各突状部は、平面円形状の頂部を有することを特徴とする請求項４記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項６】
超音波成形型の各突状部は、平面四角形状の頂部を有することを特徴とする請求項４記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項７】
超音波成形型の各突状部は、平面六角形状の頂部を有することを特徴とする請求項４記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項８】
受台上に耐熱性を有するバックシートを保持する工程と、
バックシート上に合成樹脂製の基材シートを支持する工程と、
バックシート上方に予め配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型を上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成する工程とを備えたことを特徴とする微細貫通孔成形品の製造方法。
【請求項９】
基材シートに多数の微細貫通孔を形成する工程において、成形時の前段において大きな振幅で超音波成形型を上下方向に超音波振動し、成形時の後段において小さな振幅で超音波成形型を上下方向に超音波振動することを特徴とする請求項８記載の微細貫通孔成形品の製造方法。
【請求項１０】
多数の微細貫通孔を有する合成樹脂製の基材シートからなり、
請求項８または９記載の微細貫通孔成形品の製造方法によって作成されたことを特徴とする微細貫通孔成形品。
【請求項１】
受台と、
受台上に保持され、耐熱性を有するとともに合成樹脂製の基材シートを支持するバックシートと、
バックシート上方に配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型とを備え、
超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成することを特徴とする微細貫通孔成形装置。
【請求項２】
超音波成形型は、成形時の前段において大きな振幅をもち、成形時の後段において小さな振幅をもって振動することを特徴とする請求項１記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項３】
超音波成形型に、超音波成形型を加熱する加熱装置が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項４】
超音波成形型の各突状部は、山形形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項５】
超音波成形型の各突状部は、平面円形状の頂部を有することを特徴とする請求項４記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項６】
超音波成形型の各突状部は、平面四角形状の頂部を有することを特徴とする請求項４記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項７】
超音波成形型の各突状部は、平面六角形状の頂部を有することを特徴とする請求項４記載の微細貫通孔成形装置。
【請求項８】
受台上に耐熱性を有するバックシートを保持する工程と、
バックシート上に合成樹脂製の基材シートを支持する工程と、
バックシート上方に予め配置され、下方部に多数の突状部を有する超音波成形型を上下方向に超音波振動して基材シートを振動加熱し、基材シートを溶融して基材シートに多数の微細貫通孔を形成する工程とを備えたことを特徴とする微細貫通孔成形品の製造方法。
【請求項９】
基材シートに多数の微細貫通孔を形成する工程において、成形時の前段において大きな振幅で超音波成形型を上下方向に超音波振動し、成形時の後段において小さな振幅で超音波成形型を上下方向に超音波振動することを特徴とする請求項８記載の微細貫通孔成形品の製造方法。
【請求項１０】
多数の微細貫通孔を有する合成樹脂製の基材シートからなり、
請求項８または９記載の微細貫通孔成形品の製造方法によって作成されたことを特徴とする微細貫通孔成形品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１３７３１３（Ｐ２０１０−１３７３１３Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１４５２３（Ｐ２００８−３１４５２３）
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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