金型、その製造方法、金型を用いた樹脂成形体の製造方法並びにその製造方法によって製造された樹脂成形体
【課題】プラスチック成形体に撥水性を付与する金型を提供する。
【解決手段】樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型１０であって、金型本体部１１と、この金型本体部１１の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部１２と、を備え、メッキ部１２は樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造２０を有し、微細周期構造２０はＶ字型の凹部が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されており、凹部は樹脂材が収容される型内側へ向けて拡開しており、凹部の両肩間の寸法は１．０μｍ以上で、且つ、１００μｍ未満である。
【解決手段】樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型１０であって、金型本体部１１と、この金型本体部１１の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部１２と、を備え、メッキ部１２は樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造２０を有し、微細周期構造２０はＶ字型の凹部が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されており、凹部は樹脂材が収容される型内側へ向けて拡開しており、凹部の両肩間の寸法は１．０μｍ以上で、且つ、１００μｍ未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック成形体などの樹脂成形体を成形するための金型に係り、特に樹脂成形体の表面の所望部位に撥水性を付与し得る金型とその製造方法、この金型を用いた樹脂成形体の製造方法並びにその製造方法によって製造された樹脂成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場では、医療従事者への感染症の防止や、診断現場での利便性の観点等から、使い捨て式のプラスチック製医療用具を使用する要望が高く、例えばキット製品と呼ばれる試薬が一体化された複数のプラスチック部品からなる製品は年々使用量が増している。
【０００３】
血液検査では、マイクロ流路を備えたプラスチック製検査チップが多用され、患者の負担や肉体的苦痛を低減するために、採血量を１μＬ以下とする低侵襲化が進んでいる。分析技術の向上のためには、採取した極微量なサンプルを分析部へ無駄なく送る輸送技術が必須である。このために、血液及びそれに含まれるタンパクのマイクロ流路などのプラスチック製用具への付着、停留や拡散を防ぐことが重要であり、これにはマイクロ流路における親水性・撥水性の制御が極めて効果的である。例えばマイクロ流路の所望の部分に意図的に撥水性を付与できれば、サンプルを確実に送ることができる。
【０００４】
撥水性とは、液体が持つ「形を容易に変えられる」性質の１形態であり、所謂「濡れ」と呼ばれる固体表面への液体の付着しやすさを示す。撥水性を、客観的且つ定量的に表すには、接触角が用いられることが多く、これは静的な撥水性を示す。
接触角とは、固体が液面と接している点において、図１２に示すように液体表面の接線と固体表面とが成す角のうち液体を含む側の角度θである。
親水性 ： θ＜９０°
撥水性 ： ９０°＜θ＜１５０°
超撥水性： １５０≦θ≦１８０°
【０００５】
これまで、撥水性はフッ素樹脂などの撥水性高分子を塗布して「化学的」に製品表面に付与されてきたが、コーティング層の剥離等の問題があり医療用具への応用は難しい。
【０００６】
表面の微細構造に起因する撥水性による清浄効果が、従来、ロータス効果として知られている。
非特許文献１では、ロータス効果を発現させるには、以下にあげる物理的条件（１）〜（３）を同時に満足させる必要があることを、実験的に報告している。
（１）周期的な凹凸の構造を有すること。
（２）凹凸のピッチは５〜２０μｍ程度のサイズであること。
（３）図１３に示すように、溝幅（ａ）と突起幅（ｂ）のアスペクト比（ａ／ｂ）が２以下であること。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Reiner Furstner and Wilhelm Barthlott,"Wetting and Self-Cleaning Properties of Artificial Superhydrophobic Surfaces",Langmuir 2005, 21, 956-961, Furstner & Barthlott, Langmuir, 21, 2005
【非特許文献２】Solga A, Cerman Z, Striffler BF, Spaeth M, Barthlott W: The dream of staying clean: Lotus and biomimetic surfaces, Bioinspir Biomim, 2(4), S126-S134, 2007
【非特許文献３】河合 知彦、蛯原 建三、山本 明、小田 隆之、酒井田 康宏、見波 弘志、大木 武、中村 文信、矢羽多 和義：超精密加工機の開発，日本機械学会論文集C (2004) 2723-2729
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ロータス効果の産業応用はすでに始まっているが、ミクロンサイズの微粒子を対象物の面に塗布する方法が主流である。
また、微細構造を形成するための対象物の加工方法としては、研磨材の粒子を圧縮空気で表面に吹き付けるブラスト加工が知られているが、対象物の表面に規則正しい周期構造を形成するのは不可能である。波長８００−１２００ｎｍのフェムト秒レーザーによる表面加工は、凹凸の周期がレーザーの波長によって制限されるため５−２０μｍという比較的粗い処理には向いていない。
【０００９】
非特許文献１には撥水性を発現させるための条件（１）〜（３）が開示されているが、近年使用量が増加しているプラスチック製医療用具などのプラスチック成形体に撥水性を付与させる手法については、非特許文献１は何ら開示していない。つまり、プラスチック成形体のように型に樹脂を流し込んで製造される成形体については、金型から転写された成形体が撥水性を備えるよう金型を工夫する必要がある。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みて創作されたもので、プラスチック成形体に撥水性を付与する金型、その製造方法、金型を用いた樹脂成形体の製造方法並びにその製造方法によって製造された樹脂成形体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】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の第１の構成は、樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型であって、金型本体部と、この金型本体部の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部と、を備え、メッキ部は、樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造を有し、微細周期構造はＶ字型の凹部が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されていて、凹部は樹脂材が収容される型内側へ向けて拡開しており、凹部の両肩間の寸法が、１．０μｍ以上であり、且つ、１００μｍ未満であることを特徴としている。
【００１２】
本発明の金型において、微細周期構造は複数の角錐体から構成されている。角錐体としては、例えば四角錐、三角錐、六角錐などを利用できる。
【００１３】
本発明の金型において、微細周期構造はメッキ部に形成された複数の溝部から構成されており、溝部は、Ｖ字型断面に形成されていると共に、少なくとも下記（Ａ１）〜（Ａ２）の何れかを有する。
（Ａ１）一方向に延びた直線部。
（Ａ２）延出方向が次第に曲がるように延びたカーブ部。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の第２の構成は、樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型であって、金型本体部とこの金型本体部の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部とを備え、メッキ部は樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造を有し、微細周期構造は、同じ形状の複数の四角錐が金型表面で当該表面に沿った第１の軸方向とこの第１の軸方向に交差し当該表面に沿った第２の軸方向に整列して形成され、隣接する四角錐の頂点同士の間隔が１．０μｍ以上であり、且つ、１００μｍ未満であることを特徴としている。
【００１５】
本発明の金型において、第１の軸方向に沿った四角錐の頂点同士の間隔である第１ピッチと第２の軸方向に沿った四角錐の頂点同士の間隔である第２ピッチとが、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ３）の何れかに選定され、第１の軸方向と第２の軸方向とが成す角度αが以下の（Ｃ１）〜（Ｃ２）の何れかに選定されている。
（Ｂ１）第１ピッチ＝第２ピッチ
（Ｂ２）第１ピッチ＞第２ピッチ
（Ｂ３）第１ピッチ＜第２ピッチ
（Ｃ１）α＝９０°
（Ｃ２）α≠９０°
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の第３の構成は、金型の製造方法であって、被加工物の被加工面にメッキ部を形成する第１工程と、メッキ部の上面を平坦にする第２工程と、第２工程で平坦処理した表面を切削して微細周期構造を形成する第３工程と、を含むことを特徴としている。
この金型の製造方法において、好ましくは、さらにメッキ部を熱処理する第４工程を含む。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の第４の構成は、前記金型を用いて樹脂成形体を製造する成形体の製造方法である。
上記目的を達成するための本発明の第５の構成は、前記製造方法によって製造された、樹脂成形体である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、射出成形加工によりプラスチック成形体を製造することができ、例えば熱可塑性樹脂で成る材料を加温して軟化させ、金型に押し込み、冷して固化させる。これにより、プラスチック成形体の表面に撥水領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る金型の一部の表面を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った金型の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る金型の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る金型の表面の概略平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例に係る金型の表面の概略平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る金型の一部の表面を示す平面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る金型の一部の表面を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る試料の表面の平面写真像である。
【図９】各試料の表面粗さの測定結果を示す図である。
【図１０】各試料と樹脂成形品の接触角を示す図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施例に係るイムノセンサを示す図である。
【図１２】撥水性を説明するための図である。
【図１３】ロータス効果を発現させるための凹凸構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、必要箇所では図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る金型１０の一部の表面を示す平面図である。この金型１０は、プラスチック成形体の少なくとも一部の表面に撥水性領域を成形するための金型である。撥水性領域をプラスチック成形体に形成するために、金型１０は図１に示すように型の内面１０Ａの少なくとも一部に微細周期構造２０を備えている。図２は図１のＡ−Ａ線に沿った金型１０の断面図である。
【００２２】
金型１０は、図２に示すように、金型本体部１１と、金型本体部１１の内面上に設けられたメッキ部１２と、から構成されている。
微細周期構造２０は、メッキ部１２を加工して形成されており、複数の微細構造物である角錐体を有する。各角錐体は同じ形状に形成されており、本実施形態では角錐体は一つの辺が数十μｍオーダーのサイズに選定された四角錐２１に形成されている。
【００２３】
各四角錐２１は整列して金型表面に形成されている。具体的には、隣接する四角錐２１はその底部を形成する辺（以下、底辺と呼ぶ場合がある。）を共通にして形成されており、さらに隣接する四角錐２１間の底辺が直線状に連なるよう各四角錐２１は例えば第１の軸方向であるＸ方向（図１参照）及び第２の軸方向であるＹ方向（図１参照）に沿ってそれぞれ直線状に並ぶように位置を揃えて形成されている。Ｘ方向とＹ方向とが成す角度αは、本実施形態では９０°に選定されている。図示例の四角錐２１は正四角錐に形成されている。本実施形態では、図２に示すように、微細周期構造２０はＶ字型の凹部２２が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されている。この鋸歯状の断面がＸ方向及びＹ方向に複数、詳しくは後述のピッチPX，PYの間隔で形成されている。図２に示すように、凹部２２は、底部２１Ｂとその両横側であり且つ上側にある肩部としての一対の頂部２１Ａとをそれぞれ通る面によってＶ字型に形成されている。
図１において、実線は底部２１Ｂから頂部２１Ａへ延びる稜線を、破線は底部２１Ｂの線を、一点鎖線は肩部の線を表している。
【００２４】
本実施形態では、隣接する四角錐２１の頂部２１Ａの間隔であるピッチＬ（図２）が１．０μｍ≦Ｌ＜１００μｍに設定されている。ピッチＬが小さすぎると、その金型を用いたプラスチック成形体では接触角が低下して撥水性を発揮することはできない。これはピッチＬが０．８μｍより小さいと金型内面に形成された微細な構造が成す形状がプラスチック成形体へ十分に転写されないことに拠ると考えられる。これに対して、ピッチＬが１．０μｍである場合、プラスチック成形体に微細周期構造２０を転写できた。また、ピッチＬが１００μｍより大きいと、接触角が０°〜９０°の範囲内になり、親水性を呈することになる。なお、このように、ピッチが１００μｍより大きいと親水性を呈することは、従来から知られている（非特許文献１，２）。なお、図１では、Ｘ方向のピッチをPXと表しており、Ｙ方向のピッチをPYと表しており、本実施形態では、PXとPYとは同じ寸法に設定されている。
また、各四角錐２１の高さであると共に凹部２２の深さをｄとして、このｄはピッチＬと同様に数十マイクロメートルオーダーに選定される。
このような微細周期構造２０が形成されるメッキ部１２としては、ニッケル皮膜、銅皮膜を利用することができる（非特許文献３）。本実施形態において、メッキ部１２は、例えば無電解メッキで形成することができる。また、メッキ部１２の結晶はアモルファスである。
【００２５】
金型本体部１１の形成材料としては、通常使用されているものであれば特に限定されるものではなく、ダイス鋼、粉末ハイス鋼、超硬合金等を利用することができる。
【００２６】
本実施形態の金型１０の製造方法について図３のフローチャートを用いて説明する。
例えば、プラスチック成形体の表面の一部に撥水性を付与したい場合に、当該プラスチック成形体を射出成形するときに利用していた金型を金型本体部１１（以下、被加工物と呼ぶ。）として準備する（ステップＳ１）。
撥水性を付与させたいプラスチック成形体の表面部分に対応して、被加工物の被加工面の一部に、具体的には金型の内周面の一部に、メッキ部１２を形成する（ステップＳ２）。例えば、被加工物の被加工面に無電解（Ｎｉ−Ｐ）メッキでニッケル皮膜を厚さ１００μｍ程析出させる。皮膜の厚さは例えば数十μｍ〜数百μｍでよい。
次に、平板溝加工機を用いてメッキ部の上面を平坦にする（ステップＳ３）。例えばニッケル皮膜を切削加工して平面度十ｎｍオーダーの平坦化処理を行う。
平板溝加工機は、切削加工機の一種で、工具は刃先が鋭利で凹凸が少ない単結晶ダイアモンドを用い、２次元平面上に溝加工を施すのに用いる装置である。加工方法は、回転工具を用いるミリング加工が主である。１０μｍオーダーの微細構造でも切削反力が微小なため、微小な工具を製作することで加工できる。
さらに、被加工物を固定したまま平板溝加工機のバイトを交換して被加工物を切削し、図１に示す微細周期構造２０を形成する（ステップＳ４）。この場合、ダイヤモンドバイトで被加工物を加工する。
なお、平坦化したメッキ部１２の表面に、例えば図１に示すようにＸ方向に延びる断面Ｖ字状の溝部を横並びに複数形成し、このＸ方向と角度αを成す方向へ延びる断面Ｖ字状の溝部を横並びに複数形成し、それらの溝部が交差することで複数の四角錐２１が各ピッチＬで形成される。このように、Ｘ方向及びＹ方向を総称して２軸方向と称し、２軸方向に溝部を形成する切削を「２軸切削加工」と呼ぶ。なお、後述する「２軸レーザー加工」とは、ここでは２軸方向にそれぞれ延びる溝部をレーザーで加工して形成する工法である。
【００２７】
このように形成された金型１０を利用して成形したプラスチック成形体には、金型１０の微細周期構造２０が転写されて、撥水性領域が形成される。この場合、プラスチック成形体の表面には、接触角θが９０°以上の撥水性を発現させることができた。
【００２８】
このように、本実施形態の金型１０を利用して射出成形加工によりプラスチック成形体を製造することができる。例えば熱可塑性樹脂で成る材料を加温して軟化させて金型に押し込み、さらに冷して固化させる。これにより、プラスチック成形体の表面に撥水性を有する領域を形成することができる。
【００２９】
非特許文献１によれば、金属の被加工面に撥水性を付与するために５〜２０μｍピッチで金属の被加工面に、図１３に示す断面矩形型の凹部２１０と断面矩形型の凸部２２０とを規則的に形成する必要があるが、実際に数μｍオーダーの加工を施すには金属の被加工面はそれよりも２桁ほど低い十ｎｍオーダーの平面度や表面粗さとする被加工面の面出しの前処理が必要である。ところが、面出しと微細周期構造の加工を別の加工機で行ってしまうと、十ｎｍオーダーの平面度の実現は不可能である。
これに対して、本実施形態の金型１０の製造方法によれば、金型形成材料で成る被加工物を用意し、被加工物の被加工面にニッケル皮膜を形成し、このニッケル皮膜を加工するため、平坦処理した後に切削加工して微細構造を形成することができる。これは、金型本体部１１に比べて、メッキ部１２の粒子が細かいためにナノミクロンオーダーの加工が容易で、また硬さが硬いことに基づくものである。
【００３０】
さらに、メッキ部１２を加工して微細周期構造２０を形成した後に、ニッケル皮膜のアモルファス構造を熱処理することで、ニッケル皮膜が結晶化して、耐摩耗性を向上させることができる。また、メッキ部１２として無電解メッキを利用するとしても、プラスチック成形体の一部の表面に撥水効果を付与するよう金型表面の一部に無電解メッキ処理するだけなので、メッキ液による環境負荷は最小限に抑えることができる。
【００３１】
［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態に係る金型３０の表面、特に微細周期構造２０の概略平面図である。
この図に示すように、第２実施形態に係る金型３０は、微細周期構造２０を構成する各四角錐２１が底面を長方形に形成された長方錐に形成されている。具体的には、図示例ではＸ方向のピッチPXがＹ方向のピッチPYよりも大きく設定されている。本実施形態では、第１実施形態と同様に、Ｘ方向とＹ方向とが成す角度αは、本実施形態では９０°に選定されている。
このような金型３０によって成形されたプラスチック成形体では、金型３０の微細周期構造２０が転写されてなる撥水性領域において、長方錐の底面の長辺が延びる方向、つまり図示例ではＸ方向側へ水滴が流れ易くなる。
【００３２】
［第２実施形態の変形例］
図５は本発明の第２実施形態の変形例に係る金型４０の表面、特に微細周期構造２０の概略平面図である。
この図に示すように、本実施形態に係る金型４０は、微細周期構造２０を構成する各四角錐２１の底面がひし形に形成されている。具体的には、図示例では、Ｘ方向のピッチPXとＹ方向のピッチPYとが同じ寸法に選定されているが、本実施形態では、前述の実施形態と異なり、Ｘ方向とＹ方向とが成す角度αが９０°より大きい角度に選定されている。
このような金型４０によって成形されたプラスチック成形体では、金型４０の微細周期構造２０が転写されてなる撥水性領域において、ひし形の長い対角線（図中の破線４１）が延びる方向へ水滴が流れ易くなる。
その他の応用例として、各四角錐２１の底面をひし形に代えて、PX≠PY且つ角度α≠９０°（但し、α≠０，１８０）として平行四辺形に形成してもよい。
このように、四角錐の底面を成す第１の辺とこの第１の辺に繋がっていると共に第１の辺と角度αを成す第２の辺を規定するＸ方向のピッチPXとＹ方向のピッチPYと角度αを変えることで、プラスチック成形体の表面についた水滴が流れる方向を制御することができる。
【００３３】
［第３実施形態］
図６は本発明の第３実施形態に係る金型５０の一部の表面を示す平面図である。この金型５０は、第１実施形態に係る金型１０と同様に、金型本体部１１とメッキ部１２とから構成されており、微細周期構造２０がメッキ部１２を加工して形成されている。本実施形態の微細周期構造２０では複数の微細構造物である角錐体が三角錐２５に形成されている。各三角錐２５は同じ形状に形成されており、本実施形態では、一つの辺が数十μｍオーダーの寸法サイズに選定されている。
【００３４】
各三角錐２５は整列して金型表面に形成されている。具体的には、隣接する三角錐２５はその底部を形成する底辺を共通にして形成されており、さらに隣接する三角錐２５の底辺が直線状に連なるよう各三角錐２５は例えば第１の軸方向であるＸ方向（図６参照）と第２の軸方向であるＹ方向（図６参照）と第３の軸方向であるＺ方向（図６参照）に沿ってそれぞれ直線状に並ぶように位置を揃えて形成されている。各方向同士が成す角度α1，α２は、本実施形態では６０°に選定されている。図示例の三角錐２５は正三角錐に形成されている。本実施形態の微細周期構造２０は、第１実施形態と同様に、Ｖ字型の凹部２２が隙間無く連なる鋸歯状（第１実施形態と形状は異なる）の断面に形成されている。この鋸歯状の断面がＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に複数、詳しくは所定のピッチ間隔で形成されている。図６において、実線が凹部２２の底部２１Ｂから頂部２１Ａへ延びる稜線、破線が底部２１Ｂの線を表している。
本実施形態でも、隣接する三角錐２５の頂部２１Ａの間隔をピッチＬとして、このピッチＬが、１．０μｍ≦Ｌ＜１００μｍに設定されている。
【００３５】
このように形成された金型５０を利用して成形したプラスチック成形体には、金型５０の微細周期構造２０が転写されて、撥水性領域が形成される。
【００３６】
［第４実施形態］
図７は本発明の第４実施形態に係る金型６０の一部の表面を示す斜視図である。この金型６０は、第１実施形態に係る金型１０と同様に、金型本体部１１とメッキ部１２とから構成されている。本実施形態の微細周期構造２０はメッキ部１２に形成された複数の溝部２７から構成されている。各溝部２７はＶ字型断面に形成されている。溝部２７は樹脂材が収容される型内側へ向けて拡開しており、溝の両肩間の寸法が、１．０μｍ以上で、且つ、１００μｍ未満に設定されている。これらの溝部２７は、互いに隣接しており、Ｖ字型の溝肩２７Ａを共通にしている。
このように、本実施形態の微細周期構造２０も、前述の実施形態と同様に、Ｖ字型の凹部２２が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されている。
図示例の溝部２７はその全長に亘って一方向（図７中のＤ１方向）に延びた直線部として形成されている。
【００３７】
このように形成された金型６０を利用して成形したプラスチック成形体には、金型６０の微細周期構造２０が転写されて、撥水性領域が形成される。
【００３８】
次に、実験例について説明する。
実験目的：金型から転写したプラスチック成形体の撥水性評価
実験条件：
金型・・・金型に使用される鋼材としてダイス鋼（ＳＫＤ１１）を用意した。この評価対象となる金型を利用して、以下の４つのサンプルを用意した。
試料１：金型そのもの（所謂、母材としてＳＫＤ１１相当品）
試料２：表面にブラスト加工を施し非周期構造を有する金型
試料３：表面に２軸レーザー加工を施し微細周期構造を有する金型
試料４：表面に２軸切削加工を施し微細周期構造を有する金型
ここで、試料４は、本発明の実施形態の金型に相当するものであり、ダイス鋼（ＳＫＤ１１）上に無電解めっき処理を施してメッキ部を形成し、このメッキ部の上面を平坦化処理し、さらに平坦な表面７１に同じ方向に沿って断面Ｖ字型の溝加工を２軸方向に行って微細周期構造２０を形成した。図８は試料４の表面の平面写真像である。この２軸切削加工によって表面７１に、微細周期構造２０、つまり複数の四角錐７２が隣接して形成された。
樹脂材料・・・１００％ポリ酸（ユニチカ株式会社製、「テラマック」，ＴＥ−２０００）
成形機・・・４０ｔｏｎの成形機を用い、速度３３％、圧力３０％とした。
成形温度条件・・・材料メーカーでは金型温度１０−３０℃、シリンダー温度１８０−２１０℃を推奨している設定を、施行錯誤の結果、金型温度３０℃、ノズル温度２３０℃、前部温度２３５℃、中央部温度２３０℃、後部温度２２５℃とした。
撥水性の評価法・・・接触角により静的撥水性を求めた。
接触角の測定・・・マイクロスコープ（ＶＨ−Ｅ５００，キーエンス、×５０）と画像解析ソフトウェア（Ｉｍａｇｅ Ｊ，オープンソースのフリーソフトウェア）を用いた。
その他・・・母材表面の表面粗さが接触角に与える影響を除くために、微細構造の加工前の母材表面は、中心線平均粗さＲａ＝０．０５μｍに磨き加工したものを用いた。表面粗さの測定には、３次元表面粗さ計（ｓｖ−３０００ｍ４，株式会社ミツトヨ）を用いた。
【００３９】
図９は各試料の表面粗さの測定結果を示し、図１０は各試料１〜４の金型と樹脂成形品の接触角、つまり静的撥水性を示している。
接触角θの初期値は、試料１である金型鋼（ＳＫＤ１１相当品）で７８．１°、試料１の表面にＮｉ−Ｐめっきを施したもので５２．０°であった。両者の差は、材質の表面自由エネルギーの影響と考えられる。試料２のブラスト加工による非周期構造では、Ｒａ＝０．２１μｍよりも粗い加工は困難であったが、接触角θが１７．９°向上した。２軸レーザー加工によってピッチＬ＝０．４〜０．８μｍの周期構造を有する試料３では、接触角θが初期値より＋５７．４度、２軸切削加工によってピッチＬ＝１０μｍの周期構造を有する試料４では、接触角θが初期値より＋４３．７°と大きく向上した。
さらに、試料３、試料４の微細周期構造を有する金型を転写したプラスチック成形体の撥水性について説明する。
先ず、図１０に示すように、試料３の金型を用いたプラスチック成形体では、接触角θが金型自体の接触角θ（＝１３５．５°）より４４．６°低下して、９０．９°であった。これは流動性の低いバイオマスプラスチックのため、微細周期構造が十分に転写されなかったことによると考えられた。このことから、微細周期構造２０のピッチＬは０．８μｍよりも大きいことが望ましいことが理解できる。
一方、図１０に示すように、試料４、つまり本発明の実施形態に係る金型を用いたプラスチック成形体では、接触角θが金型自体の接触角θ（＝９５．７°）より１４．４°大きくなり、１１０．１°であった。本実施形態では、加工前と比べると５８．１°向上した。
【００４０】
この実験結果からも分かるように、本実施形態の金型を利用して、撥水性を有するプラスチック成形体を製造することができたことを確認できた。
【００４１】
次に、本発明の金型を利用したプラスチック製品例について例示する。
［イムノセンサ］
イムノセンサは、マイクロ流路に１μＬの血液サンプルを滴下すると、血球を分離した後に、電極上に固定化された抗体で被測定物質を補足し、電気化学反応によって血液サンプルを定量分析する。図１１（Ａ）に示すように、イムノセンサ１００は、例えばマイクロ流路１０１と、血球分離膜１０２と、この血球分離膜１０２を支持するホルダー１０３と、電極部１０４と、電極部１０４を収容するハウジング１０５と、を備えている。
このイムノセンサ１００では、マイクロ流路１０１と、ホルダー１０３と、電極部１０４のプラスチック部分や、ハウジング１０５の隔壁の内周面に血液が付着、停留することを防ぐ必要がある。この場合、既に試作済みの金型の所望の部分のみに本発明の微細周期構造２０を追加工することで、これらの部材に撥水性を付与することができる。例えば撥水性が必要な部分に対応する入駒を金型に組み込んで、組込射出成形を行う。図１１（Ａ）中の斜線ハッチング部分が微細周期構造２０を適用した部位であり、図１１（Ｂ）中の△が微細周期構造２０を成す四角錐２１を模式的に表している。
このように、イムノセンサ１００の各部品に微細周期構造２０を適用して撥水性を付与することで、センサー感度の向上を図ることができる。
【００４２】
［本発明のその他の使用例］
新たなバイオセンサや化学分析方法が従来から提案されているが、原理的に素晴らしくても、コスト的に見合わず、実際に使用されない場合が多い。
本発明によって、金型表面の微細周期構造２０で、検査チップの所望の部位だけに超撥水性を付与することができる。従って、本発明は、医療検査チップの高精度化に大きく寄与し、今まで利用することができなかった分析機技術を実現させることも可能である。例えば、現在（０．１ｎｇ／ｍＬ）よりも一桁高感度な１０ｐｇ／ｍＬオーダーの高精度分析技術が実現されれば、ガン，肝炎，感染症などの早期診断・正確さの向上を図ることができ、様々な診断技術が一気に実用化へと進むことが期待できる。
さらに本発明は、医療検査チップだけでなく、他の医療製品や産業製品へ応用できることは勿論である。
【００４３】
以上詳述したが、本発明は発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施できる。
本発明は、医療用具に用途を限定されるものではなく、その他の産業用に利用されてもよいことは勿論である。
また、本発明の微細周期構造を構成する微細構造物は、四角錐２１、三角錐２５、溝部２７に限らず、その他の六角錐などの角錐体であってもよい。溝部２７はその全長の一部が直線部として形成され、或いは全長の一部の延出方向が次第に湾曲したにカーブ部（図７中で二点鎖線で示すＤ２方向）を有するように構成されてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，３０，４０，５０，６０ 金型
１０Ａ 金型の内面
１１ 金型本体部
１２ メッキ部
２０ 微細周期構造
２１ 四角錐
２１Ｂ 溝底
２５ 三角錐
２７ 溝部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック成形体などの樹脂成形体を成形するための金型に係り、特に樹脂成形体の表面の所望部位に撥水性を付与し得る金型とその製造方法、この金型を用いた樹脂成形体の製造方法並びにその製造方法によって製造された樹脂成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場では、医療従事者への感染症の防止や、診断現場での利便性の観点等から、使い捨て式のプラスチック製医療用具を使用する要望が高く、例えばキット製品と呼ばれる試薬が一体化された複数のプラスチック部品からなる製品は年々使用量が増している。
【０００３】
血液検査では、マイクロ流路を備えたプラスチック製検査チップが多用され、患者の負担や肉体的苦痛を低減するために、採血量を１μＬ以下とする低侵襲化が進んでいる。分析技術の向上のためには、採取した極微量なサンプルを分析部へ無駄なく送る輸送技術が必須である。このために、血液及びそれに含まれるタンパクのマイクロ流路などのプラスチック製用具への付着、停留や拡散を防ぐことが重要であり、これにはマイクロ流路における親水性・撥水性の制御が極めて効果的である。例えばマイクロ流路の所望の部分に意図的に撥水性を付与できれば、サンプルを確実に送ることができる。
【０００４】
撥水性とは、液体が持つ「形を容易に変えられる」性質の１形態であり、所謂「濡れ」と呼ばれる固体表面への液体の付着しやすさを示す。撥水性を、客観的且つ定量的に表すには、接触角が用いられることが多く、これは静的な撥水性を示す。
接触角とは、固体が液面と接している点において、図１２に示すように液体表面の接線と固体表面とが成す角のうち液体を含む側の角度θである。
親水性 ： θ＜９０°
撥水性 ： ９０°＜θ＜１５０°
超撥水性： １５０≦θ≦１８０°
【０００５】
これまで、撥水性はフッ素樹脂などの撥水性高分子を塗布して「化学的」に製品表面に付与されてきたが、コーティング層の剥離等の問題があり医療用具への応用は難しい。
【０００６】
表面の微細構造に起因する撥水性による清浄効果が、従来、ロータス効果として知られている。
非特許文献１では、ロータス効果を発現させるには、以下にあげる物理的条件（１）〜（３）を同時に満足させる必要があることを、実験的に報告している。
（１）周期的な凹凸の構造を有すること。
（２）凹凸のピッチは５〜２０μｍ程度のサイズであること。
（３）図１３に示すように、溝幅（ａ）と突起幅（ｂ）のアスペクト比（ａ／ｂ）が２以下であること。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Reiner Furstner and Wilhelm Barthlott,"Wetting and Self-Cleaning Properties of Artificial Superhydrophobic Surfaces",Langmuir 2005, 21, 956-961, Furstner & Barthlott, Langmuir, 21, 2005
【非特許文献２】Solga A, Cerman Z, Striffler BF, Spaeth M, Barthlott W: The dream of staying clean: Lotus and biomimetic surfaces, Bioinspir Biomim, 2(4), S126-S134, 2007
【非特許文献３】河合 知彦、蛯原 建三、山本 明、小田 隆之、酒井田 康宏、見波 弘志、大木 武、中村 文信、矢羽多 和義：超精密加工機の開発，日本機械学会論文集C (2004) 2723-2729
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ロータス効果の産業応用はすでに始まっているが、ミクロンサイズの微粒子を対象物の面に塗布する方法が主流である。
また、微細構造を形成するための対象物の加工方法としては、研磨材の粒子を圧縮空気で表面に吹き付けるブラスト加工が知られているが、対象物の表面に規則正しい周期構造を形成するのは不可能である。波長８００−１２００ｎｍのフェムト秒レーザーによる表面加工は、凹凸の周期がレーザーの波長によって制限されるため５−２０μｍという比較的粗い処理には向いていない。
【０００９】
非特許文献１には撥水性を発現させるための条件（１）〜（３）が開示されているが、近年使用量が増加しているプラスチック製医療用具などのプラスチック成形体に撥水性を付与させる手法については、非特許文献１は何ら開示していない。つまり、プラスチック成形体のように型に樹脂を流し込んで製造される成形体については、金型から転写された成形体が撥水性を備えるよう金型を工夫する必要がある。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みて創作されたもので、プラスチック成形体に撥水性を付与する金型、その製造方法、金型を用いた樹脂成形体の製造方法並びにその製造方法によって製造された樹脂成形体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】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の第１の構成は、樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型であって、金型本体部と、この金型本体部の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部と、を備え、メッキ部は、樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造を有し、微細周期構造はＶ字型の凹部が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されていて、凹部は樹脂材が収容される型内側へ向けて拡開しており、凹部の両肩間の寸法が、１．０μｍ以上であり、且つ、１００μｍ未満であることを特徴としている。
【００１２】
本発明の金型において、微細周期構造は複数の角錐体から構成されている。角錐体としては、例えば四角錐、三角錐、六角錐などを利用できる。
【００１３】
本発明の金型において、微細周期構造はメッキ部に形成された複数の溝部から構成されており、溝部は、Ｖ字型断面に形成されていると共に、少なくとも下記（Ａ１）〜（Ａ２）の何れかを有する。
（Ａ１）一方向に延びた直線部。
（Ａ２）延出方向が次第に曲がるように延びたカーブ部。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の第２の構成は、樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型であって、金型本体部とこの金型本体部の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部とを備え、メッキ部は樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造を有し、微細周期構造は、同じ形状の複数の四角錐が金型表面で当該表面に沿った第１の軸方向とこの第１の軸方向に交差し当該表面に沿った第２の軸方向に整列して形成され、隣接する四角錐の頂点同士の間隔が１．０μｍ以上であり、且つ、１００μｍ未満であることを特徴としている。
【００１５】
本発明の金型において、第１の軸方向に沿った四角錐の頂点同士の間隔である第１ピッチと第２の軸方向に沿った四角錐の頂点同士の間隔である第２ピッチとが、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ３）の何れかに選定され、第１の軸方向と第２の軸方向とが成す角度αが以下の（Ｃ１）〜（Ｃ２）の何れかに選定されている。
（Ｂ１）第１ピッチ＝第２ピッチ
（Ｂ２）第１ピッチ＞第２ピッチ
（Ｂ３）第１ピッチ＜第２ピッチ
（Ｃ１）α＝９０°
（Ｃ２）α≠９０°
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の第３の構成は、金型の製造方法であって、被加工物の被加工面にメッキ部を形成する第１工程と、メッキ部の上面を平坦にする第２工程と、第２工程で平坦処理した表面を切削して微細周期構造を形成する第３工程と、を含むことを特徴としている。
この金型の製造方法において、好ましくは、さらにメッキ部を熱処理する第４工程を含む。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の第４の構成は、前記金型を用いて樹脂成形体を製造する成形体の製造方法である。
上記目的を達成するための本発明の第５の構成は、前記製造方法によって製造された、樹脂成形体である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、射出成形加工によりプラスチック成形体を製造することができ、例えば熱可塑性樹脂で成る材料を加温して軟化させ、金型に押し込み、冷して固化させる。これにより、プラスチック成形体の表面に撥水領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る金型の一部の表面を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った金型の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る金型の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る金型の表面の概略平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例に係る金型の表面の概略平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る金型の一部の表面を示す平面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る金型の一部の表面を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る試料の表面の平面写真像である。
【図９】各試料の表面粗さの測定結果を示す図である。
【図１０】各試料と樹脂成形品の接触角を示す図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施例に係るイムノセンサを示す図である。
【図１２】撥水性を説明するための図である。
【図１３】ロータス効果を発現させるための凹凸構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、必要箇所では図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る金型１０の一部の表面を示す平面図である。この金型１０は、プラスチック成形体の少なくとも一部の表面に撥水性領域を成形するための金型である。撥水性領域をプラスチック成形体に形成するために、金型１０は図１に示すように型の内面１０Ａの少なくとも一部に微細周期構造２０を備えている。図２は図１のＡ−Ａ線に沿った金型１０の断面図である。
【００２２】
金型１０は、図２に示すように、金型本体部１１と、金型本体部１１の内面上に設けられたメッキ部１２と、から構成されている。
微細周期構造２０は、メッキ部１２を加工して形成されており、複数の微細構造物である角錐体を有する。各角錐体は同じ形状に形成されており、本実施形態では角錐体は一つの辺が数十μｍオーダーのサイズに選定された四角錐２１に形成されている。
【００２３】
各四角錐２１は整列して金型表面に形成されている。具体的には、隣接する四角錐２１はその底部を形成する辺（以下、底辺と呼ぶ場合がある。）を共通にして形成されており、さらに隣接する四角錐２１間の底辺が直線状に連なるよう各四角錐２１は例えば第１の軸方向であるＸ方向（図１参照）及び第２の軸方向であるＹ方向（図１参照）に沿ってそれぞれ直線状に並ぶように位置を揃えて形成されている。Ｘ方向とＹ方向とが成す角度αは、本実施形態では９０°に選定されている。図示例の四角錐２１は正四角錐に形成されている。本実施形態では、図２に示すように、微細周期構造２０はＶ字型の凹部２２が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されている。この鋸歯状の断面がＸ方向及びＹ方向に複数、詳しくは後述のピッチPX，PYの間隔で形成されている。図２に示すように、凹部２２は、底部２１Ｂとその両横側であり且つ上側にある肩部としての一対の頂部２１Ａとをそれぞれ通る面によってＶ字型に形成されている。
図１において、実線は底部２１Ｂから頂部２１Ａへ延びる稜線を、破線は底部２１Ｂの線を、一点鎖線は肩部の線を表している。
【００２４】
本実施形態では、隣接する四角錐２１の頂部２１Ａの間隔であるピッチＬ（図２）が１．０μｍ≦Ｌ＜１００μｍに設定されている。ピッチＬが小さすぎると、その金型を用いたプラスチック成形体では接触角が低下して撥水性を発揮することはできない。これはピッチＬが０．８μｍより小さいと金型内面に形成された微細な構造が成す形状がプラスチック成形体へ十分に転写されないことに拠ると考えられる。これに対して、ピッチＬが１．０μｍである場合、プラスチック成形体に微細周期構造２０を転写できた。また、ピッチＬが１００μｍより大きいと、接触角が０°〜９０°の範囲内になり、親水性を呈することになる。なお、このように、ピッチが１００μｍより大きいと親水性を呈することは、従来から知られている（非特許文献１，２）。なお、図１では、Ｘ方向のピッチをPXと表しており、Ｙ方向のピッチをPYと表しており、本実施形態では、PXとPYとは同じ寸法に設定されている。
また、各四角錐２１の高さであると共に凹部２２の深さをｄとして、このｄはピッチＬと同様に数十マイクロメートルオーダーに選定される。
このような微細周期構造２０が形成されるメッキ部１２としては、ニッケル皮膜、銅皮膜を利用することができる（非特許文献３）。本実施形態において、メッキ部１２は、例えば無電解メッキで形成することができる。また、メッキ部１２の結晶はアモルファスである。
【００２５】
金型本体部１１の形成材料としては、通常使用されているものであれば特に限定されるものではなく、ダイス鋼、粉末ハイス鋼、超硬合金等を利用することができる。
【００２６】
本実施形態の金型１０の製造方法について図３のフローチャートを用いて説明する。
例えば、プラスチック成形体の表面の一部に撥水性を付与したい場合に、当該プラスチック成形体を射出成形するときに利用していた金型を金型本体部１１（以下、被加工物と呼ぶ。）として準備する（ステップＳ１）。
撥水性を付与させたいプラスチック成形体の表面部分に対応して、被加工物の被加工面の一部に、具体的には金型の内周面の一部に、メッキ部１２を形成する（ステップＳ２）。例えば、被加工物の被加工面に無電解（Ｎｉ−Ｐ）メッキでニッケル皮膜を厚さ１００μｍ程析出させる。皮膜の厚さは例えば数十μｍ〜数百μｍでよい。
次に、平板溝加工機を用いてメッキ部の上面を平坦にする（ステップＳ３）。例えばニッケル皮膜を切削加工して平面度十ｎｍオーダーの平坦化処理を行う。
平板溝加工機は、切削加工機の一種で、工具は刃先が鋭利で凹凸が少ない単結晶ダイアモンドを用い、２次元平面上に溝加工を施すのに用いる装置である。加工方法は、回転工具を用いるミリング加工が主である。１０μｍオーダーの微細構造でも切削反力が微小なため、微小な工具を製作することで加工できる。
さらに、被加工物を固定したまま平板溝加工機のバイトを交換して被加工物を切削し、図１に示す微細周期構造２０を形成する（ステップＳ４）。この場合、ダイヤモンドバイトで被加工物を加工する。
なお、平坦化したメッキ部１２の表面に、例えば図１に示すようにＸ方向に延びる断面Ｖ字状の溝部を横並びに複数形成し、このＸ方向と角度αを成す方向へ延びる断面Ｖ字状の溝部を横並びに複数形成し、それらの溝部が交差することで複数の四角錐２１が各ピッチＬで形成される。このように、Ｘ方向及びＹ方向を総称して２軸方向と称し、２軸方向に溝部を形成する切削を「２軸切削加工」と呼ぶ。なお、後述する「２軸レーザー加工」とは、ここでは２軸方向にそれぞれ延びる溝部をレーザーで加工して形成する工法である。
【００２７】
このように形成された金型１０を利用して成形したプラスチック成形体には、金型１０の微細周期構造２０が転写されて、撥水性領域が形成される。この場合、プラスチック成形体の表面には、接触角θが９０°以上の撥水性を発現させることができた。
【００２８】
このように、本実施形態の金型１０を利用して射出成形加工によりプラスチック成形体を製造することができる。例えば熱可塑性樹脂で成る材料を加温して軟化させて金型に押し込み、さらに冷して固化させる。これにより、プラスチック成形体の表面に撥水性を有する領域を形成することができる。
【００２９】
非特許文献１によれば、金属の被加工面に撥水性を付与するために５〜２０μｍピッチで金属の被加工面に、図１３に示す断面矩形型の凹部２１０と断面矩形型の凸部２２０とを規則的に形成する必要があるが、実際に数μｍオーダーの加工を施すには金属の被加工面はそれよりも２桁ほど低い十ｎｍオーダーの平面度や表面粗さとする被加工面の面出しの前処理が必要である。ところが、面出しと微細周期構造の加工を別の加工機で行ってしまうと、十ｎｍオーダーの平面度の実現は不可能である。
これに対して、本実施形態の金型１０の製造方法によれば、金型形成材料で成る被加工物を用意し、被加工物の被加工面にニッケル皮膜を形成し、このニッケル皮膜を加工するため、平坦処理した後に切削加工して微細構造を形成することができる。これは、金型本体部１１に比べて、メッキ部１２の粒子が細かいためにナノミクロンオーダーの加工が容易で、また硬さが硬いことに基づくものである。
【００３０】
さらに、メッキ部１２を加工して微細周期構造２０を形成した後に、ニッケル皮膜のアモルファス構造を熱処理することで、ニッケル皮膜が結晶化して、耐摩耗性を向上させることができる。また、メッキ部１２として無電解メッキを利用するとしても、プラスチック成形体の一部の表面に撥水効果を付与するよう金型表面の一部に無電解メッキ処理するだけなので、メッキ液による環境負荷は最小限に抑えることができる。
【００３１】
［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態に係る金型３０の表面、特に微細周期構造２０の概略平面図である。
この図に示すように、第２実施形態に係る金型３０は、微細周期構造２０を構成する各四角錐２１が底面を長方形に形成された長方錐に形成されている。具体的には、図示例ではＸ方向のピッチPXがＹ方向のピッチPYよりも大きく設定されている。本実施形態では、第１実施形態と同様に、Ｘ方向とＹ方向とが成す角度αは、本実施形態では９０°に選定されている。
このような金型３０によって成形されたプラスチック成形体では、金型３０の微細周期構造２０が転写されてなる撥水性領域において、長方錐の底面の長辺が延びる方向、つまり図示例ではＸ方向側へ水滴が流れ易くなる。
【００３２】
［第２実施形態の変形例］
図５は本発明の第２実施形態の変形例に係る金型４０の表面、特に微細周期構造２０の概略平面図である。
この図に示すように、本実施形態に係る金型４０は、微細周期構造２０を構成する各四角錐２１の底面がひし形に形成されている。具体的には、図示例では、Ｘ方向のピッチPXとＹ方向のピッチPYとが同じ寸法に選定されているが、本実施形態では、前述の実施形態と異なり、Ｘ方向とＹ方向とが成す角度αが９０°より大きい角度に選定されている。
このような金型４０によって成形されたプラスチック成形体では、金型４０の微細周期構造２０が転写されてなる撥水性領域において、ひし形の長い対角線（図中の破線４１）が延びる方向へ水滴が流れ易くなる。
その他の応用例として、各四角錐２１の底面をひし形に代えて、PX≠PY且つ角度α≠９０°（但し、α≠０，１８０）として平行四辺形に形成してもよい。
このように、四角錐の底面を成す第１の辺とこの第１の辺に繋がっていると共に第１の辺と角度αを成す第２の辺を規定するＸ方向のピッチPXとＹ方向のピッチPYと角度αを変えることで、プラスチック成形体の表面についた水滴が流れる方向を制御することができる。
【００３３】
［第３実施形態］
図６は本発明の第３実施形態に係る金型５０の一部の表面を示す平面図である。この金型５０は、第１実施形態に係る金型１０と同様に、金型本体部１１とメッキ部１２とから構成されており、微細周期構造２０がメッキ部１２を加工して形成されている。本実施形態の微細周期構造２０では複数の微細構造物である角錐体が三角錐２５に形成されている。各三角錐２５は同じ形状に形成されており、本実施形態では、一つの辺が数十μｍオーダーの寸法サイズに選定されている。
【００３４】
各三角錐２５は整列して金型表面に形成されている。具体的には、隣接する三角錐２５はその底部を形成する底辺を共通にして形成されており、さらに隣接する三角錐２５の底辺が直線状に連なるよう各三角錐２５は例えば第１の軸方向であるＸ方向（図６参照）と第２の軸方向であるＹ方向（図６参照）と第３の軸方向であるＺ方向（図６参照）に沿ってそれぞれ直線状に並ぶように位置を揃えて形成されている。各方向同士が成す角度α1，α２は、本実施形態では６０°に選定されている。図示例の三角錐２５は正三角錐に形成されている。本実施形態の微細周期構造２０は、第１実施形態と同様に、Ｖ字型の凹部２２が隙間無く連なる鋸歯状（第１実施形態と形状は異なる）の断面に形成されている。この鋸歯状の断面がＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に複数、詳しくは所定のピッチ間隔で形成されている。図６において、実線が凹部２２の底部２１Ｂから頂部２１Ａへ延びる稜線、破線が底部２１Ｂの線を表している。
本実施形態でも、隣接する三角錐２５の頂部２１Ａの間隔をピッチＬとして、このピッチＬが、１．０μｍ≦Ｌ＜１００μｍに設定されている。
【００３５】
このように形成された金型５０を利用して成形したプラスチック成形体には、金型５０の微細周期構造２０が転写されて、撥水性領域が形成される。
【００３６】
［第４実施形態］
図７は本発明の第４実施形態に係る金型６０の一部の表面を示す斜視図である。この金型６０は、第１実施形態に係る金型１０と同様に、金型本体部１１とメッキ部１２とから構成されている。本実施形態の微細周期構造２０はメッキ部１２に形成された複数の溝部２７から構成されている。各溝部２７はＶ字型断面に形成されている。溝部２７は樹脂材が収容される型内側へ向けて拡開しており、溝の両肩間の寸法が、１．０μｍ以上で、且つ、１００μｍ未満に設定されている。これらの溝部２７は、互いに隣接しており、Ｖ字型の溝肩２７Ａを共通にしている。
このように、本実施形態の微細周期構造２０も、前述の実施形態と同様に、Ｖ字型の凹部２２が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されている。
図示例の溝部２７はその全長に亘って一方向（図７中のＤ１方向）に延びた直線部として形成されている。
【００３７】
このように形成された金型６０を利用して成形したプラスチック成形体には、金型６０の微細周期構造２０が転写されて、撥水性領域が形成される。
【００３８】
次に、実験例について説明する。
実験目的：金型から転写したプラスチック成形体の撥水性評価
実験条件：
金型・・・金型に使用される鋼材としてダイス鋼（ＳＫＤ１１）を用意した。この評価対象となる金型を利用して、以下の４つのサンプルを用意した。
試料１：金型そのもの（所謂、母材としてＳＫＤ１１相当品）
試料２：表面にブラスト加工を施し非周期構造を有する金型
試料３：表面に２軸レーザー加工を施し微細周期構造を有する金型
試料４：表面に２軸切削加工を施し微細周期構造を有する金型
ここで、試料４は、本発明の実施形態の金型に相当するものであり、ダイス鋼（ＳＫＤ１１）上に無電解めっき処理を施してメッキ部を形成し、このメッキ部の上面を平坦化処理し、さらに平坦な表面７１に同じ方向に沿って断面Ｖ字型の溝加工を２軸方向に行って微細周期構造２０を形成した。図８は試料４の表面の平面写真像である。この２軸切削加工によって表面７１に、微細周期構造２０、つまり複数の四角錐７２が隣接して形成された。
樹脂材料・・・１００％ポリ酸（ユニチカ株式会社製、「テラマック」，ＴＥ−２０００）
成形機・・・４０ｔｏｎの成形機を用い、速度３３％、圧力３０％とした。
成形温度条件・・・材料メーカーでは金型温度１０−３０℃、シリンダー温度１８０−２１０℃を推奨している設定を、施行錯誤の結果、金型温度３０℃、ノズル温度２３０℃、前部温度２３５℃、中央部温度２３０℃、後部温度２２５℃とした。
撥水性の評価法・・・接触角により静的撥水性を求めた。
接触角の測定・・・マイクロスコープ（ＶＨ−Ｅ５００，キーエンス、×５０）と画像解析ソフトウェア（Ｉｍａｇｅ Ｊ，オープンソースのフリーソフトウェア）を用いた。
その他・・・母材表面の表面粗さが接触角に与える影響を除くために、微細構造の加工前の母材表面は、中心線平均粗さＲａ＝０．０５μｍに磨き加工したものを用いた。表面粗さの測定には、３次元表面粗さ計（ｓｖ−３０００ｍ４，株式会社ミツトヨ）を用いた。
【００３９】
図９は各試料の表面粗さの測定結果を示し、図１０は各試料１〜４の金型と樹脂成形品の接触角、つまり静的撥水性を示している。
接触角θの初期値は、試料１である金型鋼（ＳＫＤ１１相当品）で７８．１°、試料１の表面にＮｉ−Ｐめっきを施したもので５２．０°であった。両者の差は、材質の表面自由エネルギーの影響と考えられる。試料２のブラスト加工による非周期構造では、Ｒａ＝０．２１μｍよりも粗い加工は困難であったが、接触角θが１７．９°向上した。２軸レーザー加工によってピッチＬ＝０．４〜０．８μｍの周期構造を有する試料３では、接触角θが初期値より＋５７．４度、２軸切削加工によってピッチＬ＝１０μｍの周期構造を有する試料４では、接触角θが初期値より＋４３．７°と大きく向上した。
さらに、試料３、試料４の微細周期構造を有する金型を転写したプラスチック成形体の撥水性について説明する。
先ず、図１０に示すように、試料３の金型を用いたプラスチック成形体では、接触角θが金型自体の接触角θ（＝１３５．５°）より４４．６°低下して、９０．９°であった。これは流動性の低いバイオマスプラスチックのため、微細周期構造が十分に転写されなかったことによると考えられた。このことから、微細周期構造２０のピッチＬは０．８μｍよりも大きいことが望ましいことが理解できる。
一方、図１０に示すように、試料４、つまり本発明の実施形態に係る金型を用いたプラスチック成形体では、接触角θが金型自体の接触角θ（＝９５．７°）より１４．４°大きくなり、１１０．１°であった。本実施形態では、加工前と比べると５８．１°向上した。
【００４０】
この実験結果からも分かるように、本実施形態の金型を利用して、撥水性を有するプラスチック成形体を製造することができたことを確認できた。
【００４１】
次に、本発明の金型を利用したプラスチック製品例について例示する。
［イムノセンサ］
イムノセンサは、マイクロ流路に１μＬの血液サンプルを滴下すると、血球を分離した後に、電極上に固定化された抗体で被測定物質を補足し、電気化学反応によって血液サンプルを定量分析する。図１１（Ａ）に示すように、イムノセンサ１００は、例えばマイクロ流路１０１と、血球分離膜１０２と、この血球分離膜１０２を支持するホルダー１０３と、電極部１０４と、電極部１０４を収容するハウジング１０５と、を備えている。
このイムノセンサ１００では、マイクロ流路１０１と、ホルダー１０３と、電極部１０４のプラスチック部分や、ハウジング１０５の隔壁の内周面に血液が付着、停留することを防ぐ必要がある。この場合、既に試作済みの金型の所望の部分のみに本発明の微細周期構造２０を追加工することで、これらの部材に撥水性を付与することができる。例えば撥水性が必要な部分に対応する入駒を金型に組み込んで、組込射出成形を行う。図１１（Ａ）中の斜線ハッチング部分が微細周期構造２０を適用した部位であり、図１１（Ｂ）中の△が微細周期構造２０を成す四角錐２１を模式的に表している。
このように、イムノセンサ１００の各部品に微細周期構造２０を適用して撥水性を付与することで、センサー感度の向上を図ることができる。
【００４２】
［本発明のその他の使用例］
新たなバイオセンサや化学分析方法が従来から提案されているが、原理的に素晴らしくても、コスト的に見合わず、実際に使用されない場合が多い。
本発明によって、金型表面の微細周期構造２０で、検査チップの所望の部位だけに超撥水性を付与することができる。従って、本発明は、医療検査チップの高精度化に大きく寄与し、今まで利用することができなかった分析機技術を実現させることも可能である。例えば、現在（０．１ｎｇ／ｍＬ）よりも一桁高感度な１０ｐｇ／ｍＬオーダーの高精度分析技術が実現されれば、ガン，肝炎，感染症などの早期診断・正確さの向上を図ることができ、様々な診断技術が一気に実用化へと進むことが期待できる。
さらに本発明は、医療検査チップだけでなく、他の医療製品や産業製品へ応用できることは勿論である。
【００４３】
以上詳述したが、本発明は発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施できる。
本発明は、医療用具に用途を限定されるものではなく、その他の産業用に利用されてもよいことは勿論である。
また、本発明の微細周期構造を構成する微細構造物は、四角錐２１、三角錐２５、溝部２７に限らず、その他の六角錐などの角錐体であってもよい。溝部２７はその全長の一部が直線部として形成され、或いは全長の一部の延出方向が次第に湾曲したにカーブ部（図７中で二点鎖線で示すＤ２方向）を有するように構成されてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，３０，４０，５０，６０ 金型
１０Ａ 金型の内面
１１ 金型本体部
１２ メッキ部
２０ 微細周期構造
２１ 四角錐
２１Ｂ 溝底
２５ 三角錐
２７ 溝部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型であって、
金型本体部と、この金型本体部の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部と、を備え、
上記メッキ部は、樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造を有し、
上記微細周期構造はＶ字型の凹部が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されており、
上記凹部は上記樹脂材が収容される型内側へ向けて拡開しており、
上記凹部の両肩間の寸法が、１．０μｍ以上で１００μｍ未満であることを特徴とする、金型。
【請求項２】
前記微細周期構造は複数の角錐体から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記微細周期構造は前記メッキ部に形成された複数の溝部から構成されており、
上記溝部は、Ｖ字型断面に形成されていると共に、少なくとも下記（Ａ１）〜（Ａ２）の何れかを有することを特徴とする、請求項１に記載の金型。
（Ａ１）一方向に延びた直線部。
（Ａ２）延出方向が次第に曲がるように延びたカーブ部。
【請求項４】
樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型であって、
金型本体部と、この金型本体部の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部と、を備え、
上記メッキ部は、樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造を有し、
上記微細周期構造は、複数の四角錐が金型表面で当該表面に沿った第１の軸方向とこの第１の軸方向に交差し当該表面に沿った第２の軸方向に整列して形成され、
隣接する四角錐の頂点同士の間隔が１．０μｍ以上で１００μｍ未満であることを特徴とする、金型。
【請求項５】
前記第１の軸方向に沿った四角錐の頂点同士の間隔である第１ピッチと前記第２の軸方向に沿った四角錐の頂点同士の間隔である第２ピッチとが、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ３）の何れかに選定され、前記第１の軸方向と前記第２の軸方向とが成す角度αが以下の（Ｃ１）〜（Ｃ２）の何れかに選定されているこことを特徴とする、請求項４に記載の金型。
（Ｂ１）第１ピッチ＝第２ピッチ
（Ｂ２）第１ピッチ＞第２ピッチ
（Ｂ３）第１ピッチ＜第２ピッチ
（Ｃ１）α＝９０°
（Ｃ２）α≠９０°
【請求項６】
被加工物の被加工面にメッキ部を形成する第１工程と、
上記メッキ部の上面を平坦にする第２工程と、
上記第２工程で平坦処理した表面を切削して微細周期構造を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする、金型の製造方法。
【請求項７】
さらに、前記メッキ部を熱処理する第４工程を含む、請求項６に記載の金型の製造方法。
【請求項８】
前記請求項１〜５の金型を用いて樹脂成形体を製造する成形体製造方法。
【請求項９】
前記請求項８の成形体製造方法によって製造された、樹脂成形体。
【請求項１】
樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型であって、
金型本体部と、この金型本体部の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部と、を備え、
上記メッキ部は、樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造を有し、
上記微細周期構造はＶ字型の凹部が隙間無く連なる鋸歯状の断面に形成されており、
上記凹部は上記樹脂材が収容される型内側へ向けて拡開しており、
上記凹部の両肩間の寸法が、１．０μｍ以上で１００μｍ未満であることを特徴とする、金型。
【請求項２】
前記微細周期構造は複数の角錐体から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記微細周期構造は前記メッキ部に形成された複数の溝部から構成されており、
上記溝部は、Ｖ字型断面に形成されていると共に、少なくとも下記（Ａ１）〜（Ａ２）の何れかを有することを特徴とする、請求項１に記載の金型。
（Ａ１）一方向に延びた直線部。
（Ａ２）延出方向が次第に曲がるように延びたカーブ部。
【請求項４】
樹脂成形体の表面に撥水性領域を形成する金型であって、
金型本体部と、この金型本体部の内周面の少なくとも一部に形成されたメッキ部と、を備え、
上記メッキ部は、樹脂材が当接する接触面側に微細周期構造を有し、
上記微細周期構造は、複数の四角錐が金型表面で当該表面に沿った第１の軸方向とこの第１の軸方向に交差し当該表面に沿った第２の軸方向に整列して形成され、
隣接する四角錐の頂点同士の間隔が１．０μｍ以上で１００μｍ未満であることを特徴とする、金型。
【請求項５】
前記第１の軸方向に沿った四角錐の頂点同士の間隔である第１ピッチと前記第２の軸方向に沿った四角錐の頂点同士の間隔である第２ピッチとが、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ３）の何れかに選定され、前記第１の軸方向と前記第２の軸方向とが成す角度αが以下の（Ｃ１）〜（Ｃ２）の何れかに選定されているこことを特徴とする、請求項４に記載の金型。
（Ｂ１）第１ピッチ＝第２ピッチ
（Ｂ２）第１ピッチ＞第２ピッチ
（Ｂ３）第１ピッチ＜第２ピッチ
（Ｃ１）α＝９０°
（Ｃ２）α≠９０°
【請求項６】
被加工物の被加工面にメッキ部を形成する第１工程と、
上記メッキ部の上面を平坦にする第２工程と、
上記第２工程で平坦処理した表面を切削して微細周期構造を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする、金型の製造方法。
【請求項７】
さらに、前記メッキ部を熱処理する第４工程を含む、請求項６に記載の金型の製造方法。
【請求項８】
前記請求項１〜５の金型を用いて樹脂成形体を製造する成形体製造方法。
【請求項９】
前記請求項８の成形体製造方法によって製造された、樹脂成形体。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−６６４１７（Ｐ２０１２−６６４１７Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１４４４（Ｐ２０１０−２１１４４４）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（５０４１６５５９１）国立大学法人岩手大学 (222)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（５０４１６５５９１）国立大学法人岩手大学 (222)
【Ｆターム（参考）】
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