金属コーティング方法
【課題】リング状の金属構造やメッシュ状の金属構造を容易に作成することを可能とする。
【解決手段】ビーズを２枚の基板で挟んで押しつぶした状態で、メッキ処理を施すことでビーズの側面に金属コートが施されリング状の金属構造が得られる。使用するビーズの形状を選ぶことで、円環状、三角環状などの形状の金属構造を得ることができる。ビーズをポリマー溶液に入れてガラス基板上に滴下することで、ビーズの凝集を防いで欠けのないリング状の金属構造を作成できる。また、同様の方法により基板に対してメッシュ状の金属コーティングを施すことができる。この場合、ビーズを水に混ぜて滴下することで、自己組織化によってビーズを整列させることができ、メッシュ状の金属コーティングが得られる。
【解決手段】ビーズを２枚の基板で挟んで押しつぶした状態で、メッキ処理を施すことでビーズの側面に金属コートが施されリング状の金属構造が得られる。使用するビーズの形状を選ぶことで、円環状、三角環状などの形状の金属構造を得ることができる。ビーズをポリマー溶液に入れてガラス基板上に滴下することで、ビーズの凝集を防いで欠けのないリング状の金属構造を作成できる。また、同様の方法により基板に対してメッシュ状の金属コーティングを施すことができる。この場合、ビーズを水に混ぜて滴下することで、自己組織化によってビーズを整列させることができ、メッシュ状の金属コーティングが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属コーティング方法および金属リングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロメートルオーダー以下のサイズでの微細加工技術が注目されている。特に金属微細加工技術は、光学、電子・電気分野など応用範囲が広く、産業においてもその必要性が高い。このような背景から、マイクロガラスビーズやマイクロラテックスビーズ表面へ金属をコートして、微小金属球を作成する技術が進展してきた。
【０００３】
ビーズへの金属コーティングには、通常、無電解メッキ法が用いられる。無電解メッキ法は、コートしたい金属のイオン水溶液に金属を還元するための還元剤を加えることによって、金属を物質表面に析出させる技術であり、古くから用いられている。無電解メッキ法によってコーティングすることにより、均一の厚さでコーティングされた微細金属球を一度に大量に製造することが可能である。
【０００４】
また、微粒子表面の一部のみに金をコーティングする技術も知られている（非特許文献１）。この技術では、真空蒸着法を用いて、微粒子表面の半分を金でコーティングしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】H. Takei and N. Shimizu, "Gradient Sensitive Microscopic Probes Prepared by Gold Evaporation and Chemisorption on Latex Spheres", Langmuir, vol. 13, pp. 1865-1868, April 1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無電解メッキ法では、水溶液中の至る所で均一に還元反応が進行し、メッキ液に接する面は全て金属で覆われる。したがって、被メッキ物であるビーズの表面全てが金属で一様に覆われて金属球ができあがる。このことから、球以外の形状の金属構造を作ることは困難である。
【０００７】
また、非特許文献１に記載の方法も、微粒子表面の半分をコーティングすることしかできない。
【０００８】
本発明の目的は、リング状の金属構造を容易に作成することにある。また、本発明の別の目的は、メッシュ状の金属構造を容易に作成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明では、以下の処理によって、金属コーティングを施す。
【００１０】
本発明に係る金属コーティング方法は、微粒子を２枚の基板で挟む工程と、両基板に力を加えて、微粒子を押しつぶす工程と、微粒子が基板間に挟まれた状態で、基板間にメッキ溶液を入れ、押しつぶされた微粒子の側面に金属コーティングを施す工程と、を含む。
【００１１】
このように、本発明では、押しつぶされた微粒子の側面に金属コーティングを施すこと
でリング状の金属構造を作成することが可能となる。この際、大量の微粒子に対して一度に金属コーティングを施せるので、一度に大量のリング状の金属構造を作成することが可能である。
【００１２】
金属コーティングは、無電解メッキ法によって行うことが好適である。無電解メッキ法を用いることで、均一の厚さの金属コーティングが得られるとともに、電気不導体に対しても金属コーティングが可能となる。なお、被メッキ物である微粒子が導体である場合には、電解メッキ法によって金属コーティングを行っても良い。
【００１３】
本発明において、微粒子として球形の微粒子を用いることができる。この場合、球形の微粒子は押しつぶされることで円盤状となり、金属コーティングによって環（円環）状の金属構造を得ることができる。
【００１４】
なお、リング状の金属構造とは、円環状の金属構造に限られるものではなく、楕円や、三角形、四角形等の環（楕円環、三角環、四角環等）状の金属構造も含む。例えば、微粒子として四面体の微粒子を用いると、押しつぶされることで三角形状となり、金属コーティングによって三角環形状の金属構造を得ることができる。
【００１５】
本発明の微粒子を基板間に挟む工程において、微粒子を高粘性液体に混ぜて基板上に滴下することによって、微粒子の凝集を防ぐことが好ましい。高粘性液体としては、混ぜた微粒子が溶けず、微粒子がその中で容易に動けない程度に粘性の高い液体であればどのようなものであっても採用できる。このような高粘性液体の例として、ポリマー溶液を挙げることができる。
【００１６】
微粒子が凝集すると、押しつぶしたときに微粒子同士が接触してしまい、接触した部分には金属コーティングが施されなくなってしまう。すなわち、完全な環状の金属構造が得られず、一部が欠けてしまう。したがって、環状の金属構造を作成したい場合には、上記のようにして微粒子の凝集を防ぐことが好ましい。
【００１７】
上記の方法によって側面が金属コーティングされた微粒子から、この微粒子を除去することで、金属リングのみを取り出すことができる。このように、本発明はリング状の金属構造（金属リング）の製造方法として捉えることができる。
【００１８】
なお、上記金属コーティング方法によって、微粒子の側面に金属コーティングが施されるだけでなく、基板表面のうち、微粒子と接触していない部分に対してメッシュ状に金属コーディングが施される。したがって、上記の方法は、基板に対してメッシュ状に金属コーティングを施す金属コーティング方法としても捉えることが可能である。
【００１９】
すなわち、本発明は、微粒子を２枚の基板で挟む工程と、両基板に力を加えて、微粒子を押しつぶして、微粒子と基板との接触面積を増加させる工程と、微粒子が基板間に挟まれた状態で、基板間にメッキ溶液を入れ、基板表面のうち微粒子が接触していない部分に金属コーティングを施す工程と、を含む金属コーティング方法として捉えることができる。
【００２０】
金属コーティングを施す工程では、被メッキ物である基板の材料に応じて、無電解メッキ法および電解メッキ法のいずれを用いても良い。
【００２１】
ここで、微粒子を基板間に挟む工程において、低粘性液体に微粒子を混ぜて基板に滴下し、低粘性液体を蒸発させることで、微粒子を単層に集積させることができる。低粘性液体としては、混ぜた微粒子が溶けず、微粒子がその中で容易に動ける程度に粘性の低い液
体であればどのようなものであっても採用できる。このような低粘性液体の例として、水をあげることができる。このような低粘性液体を蒸発させると、微粒子が自己組織的に単層で六方最密格子状に整列する。この状態で、微粒子を押しつぶし、金属コーティングを施すことで、基板表面には、整列したメッシュ状の金属コーティングを施すことができる。
【００２２】
また、本発明はメッシュ状の金属構造の製造方法として捉えることができる。このようして得られたメッシュ状の金属構造は、微粒子のサイズ程度の波長を持つ電磁波を遮蔽する効果を持つので、電磁シールドに応用可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、リング状の金属構造を容易に作成することが可能となる。また、本発明によれば、メッシュ状の金属構造を容易に作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る金属コーティング方法を説明する図である。
【図２】凝集しないようにガラス基板上に配置されたラテックスビーズの光学顕微鏡写真である。
【図３】本実施形態に係る金属コーティング法によって作成されたリング状に金コートされたラテックスビーズの光学顕微鏡写真である。
【図４】本実施形態に係る金属コーティング方法によってメッシュ状に金コートされたガラス基板の光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００２６】
（実施形態１．金属リングの製造方法）
本発明に係る金属コーティング法を用いて金属リングを製造する方法について説明する。
【００２７】
本実施形態では、微粒子を基板間に挟んでその側面に金属コーティング（メッキ）を施すことで、金属リングを製造する。ここで、微粒子（粉体）のサイズとしては、数マイクロメートルから数ミリメートルを想定している。ただし、これよりも大きい粒径の粉体を対象とすることができる。
【００２８】
＜処理説明＞
本実施形態では、ラテックスビーズを押しつぶして円盤状にし、その側面のみに金属コーティングを施すことで金属リングを得る。したがって、本実施形態に係る金属リングの製造方法は、大まかに、（１）ビーズを円盤状にする前処理（被メッキ物加工処理）、（２）金属コートを施すメッキ処理、（３）金属リングを抽出する抽出処理の３つに分けることができる。
【００２９】
［１．被メッキ物加工処理］
被メッキ物を２枚の基板で挟んで円盤状に加工する前処理について説明する。
【００３０】
被メッキ物としては、押しつぶすことが可能な材料であり、メッキを施す際に溶けてしまわない材料であればどのような材料であっても良いが、熱可塑性のポリマー樹脂やガラスを材料としたビーズを用いることが好適である。また、被メッキ物の形状として、ここでは、球形のビーズを用いる。
【００３１】
まず、被メッキ物であるビーズ１をガラス基板２ａ上に配置する（図１（ａ））。これは、ビーズを液体中に混ぜ、この液体を基板２ａに滴下することによって行う。そして、もう１枚のガラス基板２ｂを用いてビーズ１を挟む（図１（ｂ））。そして、基板２ｂの上に重りを載せるなどして両基板に力を加え、ビーズ１を押しつぶす（図１（ｃ））。ビーズ１として熱可塑性の材料を用いている場合には、基板全体をホットプレートなどの加熱器に載せて加熱しながら押しつぶす。このようにすることで、球形のビーズが押しつぶされて円盤状となる。
【００３２】
実験で使用した材料は、ポリスチレンビーズ（Ｍｏｒｉｔｅｘ社製、４２５０Ａ、粒径５０マイクロメートル）、スライドガラス、ポリ酢酸ビニルおよびメタノールである。まず、ポリ酢酸ビニル２ｇをメタノール１０ｍｌに溶かしてポリマー溶液を作る。そして、このポリマー溶液１ｍｌに、ポリスチレンビーズ（水の中に分散している）を３滴加えた。この溶液をスライドガラス上に滴下して、もう１枚のスライドガラスを用いて挟み込んだ。
【００３３】
このように、ポリマー溶液中にビーズを混ぜることにより、スライドガラス上でのビーズの移動を制限することができ、自己組織化による凝集・接触を回避することができる。図２は、上記の方法によってスライドガラス上に配置されたポリスチレンビーズの顕微鏡写真である。図に示すように、ビーズ間に間隔があり凝集が起きていないことが分かる。なお、ここではポリ酢酸ビニルを用いたが、ビーズの凝集を防ぐことのできるような粘度の高い液体であればどのようなものを利用して良い。
【００３４】
次に、ポリスチレンビーズを挟み込んだスライドガラスをクリップで挟み、１２５℃に設定した高温炉中に３０分入れた。このように、ポリスチレンのガラス転移温度よりも高い状態とすることで、クリップによる圧力でポリスチレンビーズが円盤状に押しつぶされる。
【００３５】
その後、試料を取りだし、アセトンやメタノールで良く洗浄してポリ酢酸ビニルを除去して、乾燥させる。これにより、被メッキ物に対する前処理が終了し、基板間でポリスチレンビーズが円盤状に押しつぶされる。
【００３６】
［２．メッキ処理］
次に、被メッキ物に対するメッキ処理について説明する。
【００３７】
メッキ処理は、被メッキ物であるビーズ１が２枚の基板間に挟まれた状態で行う。また、メッキ処理は、基板間にメッキ溶液を流し込んで無電解メッキ法によって行う（図１（ｄ））。金属コーティングは、ビーズ１の表面のうちメッキ溶液と接触する部分になされる。円盤状に押しつぶされたビーズ１の上下の面は基板２ａ，２ｂに密着しているので、ビーズ１の側面のみに金属コーティングが施される。したがって、リング状の金属コーティングが施される。
【００３８】
メッキに使用する金属はどのような金属であっても良いが、実験では金を用いた。無電解メッキを行うために、金イオンを含んだ水溶液と金イオンを還元するための溶液を準備した。金イオンを含んだ水溶液は、塩化金酸と水酸化ナトリウムを純水に溶かして濃度がそれぞれ０．０２４ｍｏｌ／Ｌ、０，７５ｍｏｌ／Ｌの水溶液を調製した。還元剤には、水で希釈したグリセリン（濃度は０．５体積％）を準備した。
【００３９】
これらの溶液を混ぜた後、押しつぶされたビーズを挟んでいる２枚のガラス基板間に入れる。このとき、２枚のガラス基板を溶液に浸すだけで、溶液は毛細管現象によってガラス基板間に自然に入っていく。また、ビーズを挟み込む際に２枚のスライドガラスを完全
に重ね合わせずに少しずらしてテラスを作っておくと、そこにメッキ溶液をキャストするだけで容易にガラス基板間に侵入する。したがって、用意するメッキ溶液の量を節約することができる。
【００４０】
円盤状のビーズの側面だけにメッキ溶液は接することができるので、結果として、金リングができあがる。図３に、メッキ処理が施されたビーズの顕微鏡写真を示す。中央の丸いものが円盤状のガラスビーズである。粒径５０マイクロメートルのビーズを潰しているので、円盤の直径は６０マイクロメートル程度となっている。そして、この円盤状のビーズの側面に、０．５マイクロメートル程度の金メッキが施されているのが見て取れる。
【００４１】
［３．抽出処理］
クリップをはずして、ガラス基板を剥ぐと側面が金属コーティングされた円盤状のビーズが得られる（図１（ｅ））。ガラス基板を剥ぐと、ビーズは両方の基板に均等に付着されているが、前処理時に熱の影響を受けない剥離剤を一方の基板に塗布しておくことで、ガラス基板を剥いだ際に剥離剤を塗布していないもう一方の基板にだけ、選択的に金属リングビーズがついたものが得られる。金属リングビーズは、ガラス基板に付着した状態で使用しても良いし、ガラス基板から剥がして利用しても良い。
【００４２】
また、ビーズを除去して金属リングだけ取り出したい場合には、ベンゼンなどの有機溶媒でビーズを溶かして金属リングのみを残すことができる。
【００４３】
＜変形例＞
上記の説明では、球形のビーズを押しつぶして円盤状にし、円環状の金属リングを製造する方法について述べた。しかしながら、球形以外のビーズを用いることで、他の形状の金属リングを得ることができる。例えば、四面体形状のビーズを押しつぶしてコーティングすると三角環の金属リングが得られる。このように、最終的に作成したい金属リングの形状に合わせて、最初に準備するビーズの形状を選択することができる。
【００４４】
また、上記の説明では被メッキ物として電気不導体であるラテックスビーズを採用したので無電解メッキ法によって金属コーティングを施したが、被メッキ物が導体である場合には電解メッキ法によって金属コーティングを施すこともできる。また、被メッキ物が電気不導体であっても、導電性の物をコートすれば電解メッキにより金属コーティングを施せる。
【００４５】
（実施形態２．メッシュ状金属コーティングの製造方法）
上記実施形態１のメッキ処理において、メッキ溶液と接するガラス基板表面にもメッキ処理が施される。この際、押しつぶされたビーズと接触している部分には金属コーティングがなされない。このことに着目して、ビーズの配置を工夫することで、基板上への金属コーティングパターンを制御可能であり、以下のようにして、メッシュ状の金属コーティングを行うことができる。
【００４６】
本実施形態も基本的に上記実施形態１と同様の処理を行う。ただし、実施形態１ではビーズの凝集を防ぐためにポリマー溶液にビーズを混ぜてガラス基板上に滴下していたが（図１（ａ））、本実施形態では自己組織化によってビーズが整列するようにする。
【００４７】
具体的には、１ｍｌの水の中にポリスチレンビーズを３滴加える。このポリスチレンビーズを含む水をガラス基板上に滴下し、そのままの状態で水を蒸発させる。すると、ビーズは自己組織的に凝集し、基板上に単層で六方最密格子状に敷き詰められる。そして、別の基板を用いてビーズを挟み込んで押しつぶすことで、ビーズと基板との接触面積が増加する。ビーズと接触している部分には金属コーティングが施されないので、メッシュ状の
金属コーティングを得ることができる。なお、ビーズを押しつぶす量を制御することでコーティングされる量（メッシュの目の大きさ）を調整することができる。
【００４８】
図４は、上記の方法によってガラス基板にメッシュ状の金属コーティングを施した際の、顕微鏡写真を示す。図中の白い部分がビーズが存在し金属コーティングが施されていない部分であり、黒い部分が金属コーティングが施された部分である。
【００４９】
このようなメッシュ状の金属構造は、金属リング（すなわちメッシュの網目一つ）のサイズ程度の波長を持つ電磁波を遮断する効果がある。したがって、このようなメッシュ状の金属コーティングがされた基板は、電磁シールドとして応用が可能である。遮蔽したい電磁波の波長に応じて、使用するビーズの粒径を選択することが好ましい。
【００５０】
なお、金属コーティングを施す対象は、ガラス基板である必要はない。特に電磁シールドへの応用を考慮すると、ビーズを押しつぶすことのできる強度その他の特性を有するのであれば、ポリマーフィルムなどに金属コーティングを施すことも好ましい。
【００５１】
メッシュ状の金属コーティングを施す場合にも、被メッキ物である基板の材料に応じて、無電解メッキ法および電解メッキ法のいずれも採用可能である。基板が電気不導体である場合には無電解メッキ法を用いる必要があるが、基板が導体である場合には電解メッキ法を用いることもできる。なお、基板が導体であるというのは、基板そのものが導電性を持つ場合に加えて、不導体基板に金属薄膜コートやＩＴＯ膜コートなどの導電コーティングを付加したものも含まれる。また、電解メッキ法を採用した場合であって、ビーズに電気不導体を採用した場合には、ビーズには金属コーティングが施されないことになるが、メッシュ状の金属コーティングを得ることが目的であるので特に問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
リング状の金属構造（金属リング）は、メタマテリアルを構成する微小光共振器に利用することができる。メッシュ状の金属構造は、電磁シールドとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ ビーズ
２ａ，２ｂ ガラス基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属コーティング方法および金属リングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロメートルオーダー以下のサイズでの微細加工技術が注目されている。特に金属微細加工技術は、光学、電子・電気分野など応用範囲が広く、産業においてもその必要性が高い。このような背景から、マイクロガラスビーズやマイクロラテックスビーズ表面へ金属をコートして、微小金属球を作成する技術が進展してきた。
【０００３】
ビーズへの金属コーティングには、通常、無電解メッキ法が用いられる。無電解メッキ法は、コートしたい金属のイオン水溶液に金属を還元するための還元剤を加えることによって、金属を物質表面に析出させる技術であり、古くから用いられている。無電解メッキ法によってコーティングすることにより、均一の厚さでコーティングされた微細金属球を一度に大量に製造することが可能である。
【０００４】
また、微粒子表面の一部のみに金をコーティングする技術も知られている（非特許文献１）。この技術では、真空蒸着法を用いて、微粒子表面の半分を金でコーティングしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】H. Takei and N. Shimizu, "Gradient Sensitive Microscopic Probes Prepared by Gold Evaporation and Chemisorption on Latex Spheres", Langmuir, vol. 13, pp. 1865-1868, April 1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無電解メッキ法では、水溶液中の至る所で均一に還元反応が進行し、メッキ液に接する面は全て金属で覆われる。したがって、被メッキ物であるビーズの表面全てが金属で一様に覆われて金属球ができあがる。このことから、球以外の形状の金属構造を作ることは困難である。
【０００７】
また、非特許文献１に記載の方法も、微粒子表面の半分をコーティングすることしかできない。
【０００８】
本発明の目的は、リング状の金属構造を容易に作成することにある。また、本発明の別の目的は、メッシュ状の金属構造を容易に作成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明では、以下の処理によって、金属コーティングを施す。
【００１０】
本発明に係る金属コーティング方法は、微粒子を２枚の基板で挟む工程と、両基板に力を加えて、微粒子を押しつぶす工程と、微粒子が基板間に挟まれた状態で、基板間にメッキ溶液を入れ、押しつぶされた微粒子の側面に金属コーティングを施す工程と、を含む。
【００１１】
このように、本発明では、押しつぶされた微粒子の側面に金属コーティングを施すこと
でリング状の金属構造を作成することが可能となる。この際、大量の微粒子に対して一度に金属コーティングを施せるので、一度に大量のリング状の金属構造を作成することが可能である。
【００１２】
金属コーティングは、無電解メッキ法によって行うことが好適である。無電解メッキ法を用いることで、均一の厚さの金属コーティングが得られるとともに、電気不導体に対しても金属コーティングが可能となる。なお、被メッキ物である微粒子が導体である場合には、電解メッキ法によって金属コーティングを行っても良い。
【００１３】
本発明において、微粒子として球形の微粒子を用いることができる。この場合、球形の微粒子は押しつぶされることで円盤状となり、金属コーティングによって環（円環）状の金属構造を得ることができる。
【００１４】
なお、リング状の金属構造とは、円環状の金属構造に限られるものではなく、楕円や、三角形、四角形等の環（楕円環、三角環、四角環等）状の金属構造も含む。例えば、微粒子として四面体の微粒子を用いると、押しつぶされることで三角形状となり、金属コーティングによって三角環形状の金属構造を得ることができる。
【００１５】
本発明の微粒子を基板間に挟む工程において、微粒子を高粘性液体に混ぜて基板上に滴下することによって、微粒子の凝集を防ぐことが好ましい。高粘性液体としては、混ぜた微粒子が溶けず、微粒子がその中で容易に動けない程度に粘性の高い液体であればどのようなものであっても採用できる。このような高粘性液体の例として、ポリマー溶液を挙げることができる。
【００１６】
微粒子が凝集すると、押しつぶしたときに微粒子同士が接触してしまい、接触した部分には金属コーティングが施されなくなってしまう。すなわち、完全な環状の金属構造が得られず、一部が欠けてしまう。したがって、環状の金属構造を作成したい場合には、上記のようにして微粒子の凝集を防ぐことが好ましい。
【００１７】
上記の方法によって側面が金属コーティングされた微粒子から、この微粒子を除去することで、金属リングのみを取り出すことができる。このように、本発明はリング状の金属構造（金属リング）の製造方法として捉えることができる。
【００１８】
なお、上記金属コーティング方法によって、微粒子の側面に金属コーティングが施されるだけでなく、基板表面のうち、微粒子と接触していない部分に対してメッシュ状に金属コーディングが施される。したがって、上記の方法は、基板に対してメッシュ状に金属コーティングを施す金属コーティング方法としても捉えることが可能である。
【００１９】
すなわち、本発明は、微粒子を２枚の基板で挟む工程と、両基板に力を加えて、微粒子を押しつぶして、微粒子と基板との接触面積を増加させる工程と、微粒子が基板間に挟まれた状態で、基板間にメッキ溶液を入れ、基板表面のうち微粒子が接触していない部分に金属コーティングを施す工程と、を含む金属コーティング方法として捉えることができる。
【００２０】
金属コーティングを施す工程では、被メッキ物である基板の材料に応じて、無電解メッキ法および電解メッキ法のいずれを用いても良い。
【００２１】
ここで、微粒子を基板間に挟む工程において、低粘性液体に微粒子を混ぜて基板に滴下し、低粘性液体を蒸発させることで、微粒子を単層に集積させることができる。低粘性液体としては、混ぜた微粒子が溶けず、微粒子がその中で容易に動ける程度に粘性の低い液
体であればどのようなものであっても採用できる。このような低粘性液体の例として、水をあげることができる。このような低粘性液体を蒸発させると、微粒子が自己組織的に単層で六方最密格子状に整列する。この状態で、微粒子を押しつぶし、金属コーティングを施すことで、基板表面には、整列したメッシュ状の金属コーティングを施すことができる。
【００２２】
また、本発明はメッシュ状の金属構造の製造方法として捉えることができる。このようして得られたメッシュ状の金属構造は、微粒子のサイズ程度の波長を持つ電磁波を遮蔽する効果を持つので、電磁シールドに応用可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、リング状の金属構造を容易に作成することが可能となる。また、本発明によれば、メッシュ状の金属構造を容易に作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る金属コーティング方法を説明する図である。
【図２】凝集しないようにガラス基板上に配置されたラテックスビーズの光学顕微鏡写真である。
【図３】本実施形態に係る金属コーティング法によって作成されたリング状に金コートされたラテックスビーズの光学顕微鏡写真である。
【図４】本実施形態に係る金属コーティング方法によってメッシュ状に金コートされたガラス基板の光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００２６】
（実施形態１．金属リングの製造方法）
本発明に係る金属コーティング法を用いて金属リングを製造する方法について説明する。
【００２７】
本実施形態では、微粒子を基板間に挟んでその側面に金属コーティング（メッキ）を施すことで、金属リングを製造する。ここで、微粒子（粉体）のサイズとしては、数マイクロメートルから数ミリメートルを想定している。ただし、これよりも大きい粒径の粉体を対象とすることができる。
【００２８】
＜処理説明＞
本実施形態では、ラテックスビーズを押しつぶして円盤状にし、その側面のみに金属コーティングを施すことで金属リングを得る。したがって、本実施形態に係る金属リングの製造方法は、大まかに、（１）ビーズを円盤状にする前処理（被メッキ物加工処理）、（２）金属コートを施すメッキ処理、（３）金属リングを抽出する抽出処理の３つに分けることができる。
【００２９】
［１．被メッキ物加工処理］
被メッキ物を２枚の基板で挟んで円盤状に加工する前処理について説明する。
【００３０】
被メッキ物としては、押しつぶすことが可能な材料であり、メッキを施す際に溶けてしまわない材料であればどのような材料であっても良いが、熱可塑性のポリマー樹脂やガラスを材料としたビーズを用いることが好適である。また、被メッキ物の形状として、ここでは、球形のビーズを用いる。
【００３１】
まず、被メッキ物であるビーズ１をガラス基板２ａ上に配置する（図１（ａ））。これは、ビーズを液体中に混ぜ、この液体を基板２ａに滴下することによって行う。そして、もう１枚のガラス基板２ｂを用いてビーズ１を挟む（図１（ｂ））。そして、基板２ｂの上に重りを載せるなどして両基板に力を加え、ビーズ１を押しつぶす（図１（ｃ））。ビーズ１として熱可塑性の材料を用いている場合には、基板全体をホットプレートなどの加熱器に載せて加熱しながら押しつぶす。このようにすることで、球形のビーズが押しつぶされて円盤状となる。
【００３２】
実験で使用した材料は、ポリスチレンビーズ（Ｍｏｒｉｔｅｘ社製、４２５０Ａ、粒径５０マイクロメートル）、スライドガラス、ポリ酢酸ビニルおよびメタノールである。まず、ポリ酢酸ビニル２ｇをメタノール１０ｍｌに溶かしてポリマー溶液を作る。そして、このポリマー溶液１ｍｌに、ポリスチレンビーズ（水の中に分散している）を３滴加えた。この溶液をスライドガラス上に滴下して、もう１枚のスライドガラスを用いて挟み込んだ。
【００３３】
このように、ポリマー溶液中にビーズを混ぜることにより、スライドガラス上でのビーズの移動を制限することができ、自己組織化による凝集・接触を回避することができる。図２は、上記の方法によってスライドガラス上に配置されたポリスチレンビーズの顕微鏡写真である。図に示すように、ビーズ間に間隔があり凝集が起きていないことが分かる。なお、ここではポリ酢酸ビニルを用いたが、ビーズの凝集を防ぐことのできるような粘度の高い液体であればどのようなものを利用して良い。
【００３４】
次に、ポリスチレンビーズを挟み込んだスライドガラスをクリップで挟み、１２５℃に設定した高温炉中に３０分入れた。このように、ポリスチレンのガラス転移温度よりも高い状態とすることで、クリップによる圧力でポリスチレンビーズが円盤状に押しつぶされる。
【００３５】
その後、試料を取りだし、アセトンやメタノールで良く洗浄してポリ酢酸ビニルを除去して、乾燥させる。これにより、被メッキ物に対する前処理が終了し、基板間でポリスチレンビーズが円盤状に押しつぶされる。
【００３６】
［２．メッキ処理］
次に、被メッキ物に対するメッキ処理について説明する。
【００３７】
メッキ処理は、被メッキ物であるビーズ１が２枚の基板間に挟まれた状態で行う。また、メッキ処理は、基板間にメッキ溶液を流し込んで無電解メッキ法によって行う（図１（ｄ））。金属コーティングは、ビーズ１の表面のうちメッキ溶液と接触する部分になされる。円盤状に押しつぶされたビーズ１の上下の面は基板２ａ，２ｂに密着しているので、ビーズ１の側面のみに金属コーティングが施される。したがって、リング状の金属コーティングが施される。
【００３８】
メッキに使用する金属はどのような金属であっても良いが、実験では金を用いた。無電解メッキを行うために、金イオンを含んだ水溶液と金イオンを還元するための溶液を準備した。金イオンを含んだ水溶液は、塩化金酸と水酸化ナトリウムを純水に溶かして濃度がそれぞれ０．０２４ｍｏｌ／Ｌ、０，７５ｍｏｌ／Ｌの水溶液を調製した。還元剤には、水で希釈したグリセリン（濃度は０．５体積％）を準備した。
【００３９】
これらの溶液を混ぜた後、押しつぶされたビーズを挟んでいる２枚のガラス基板間に入れる。このとき、２枚のガラス基板を溶液に浸すだけで、溶液は毛細管現象によってガラス基板間に自然に入っていく。また、ビーズを挟み込む際に２枚のスライドガラスを完全
に重ね合わせずに少しずらしてテラスを作っておくと、そこにメッキ溶液をキャストするだけで容易にガラス基板間に侵入する。したがって、用意するメッキ溶液の量を節約することができる。
【００４０】
円盤状のビーズの側面だけにメッキ溶液は接することができるので、結果として、金リングができあがる。図３に、メッキ処理が施されたビーズの顕微鏡写真を示す。中央の丸いものが円盤状のガラスビーズである。粒径５０マイクロメートルのビーズを潰しているので、円盤の直径は６０マイクロメートル程度となっている。そして、この円盤状のビーズの側面に、０．５マイクロメートル程度の金メッキが施されているのが見て取れる。
【００４１】
［３．抽出処理］
クリップをはずして、ガラス基板を剥ぐと側面が金属コーティングされた円盤状のビーズが得られる（図１（ｅ））。ガラス基板を剥ぐと、ビーズは両方の基板に均等に付着されているが、前処理時に熱の影響を受けない剥離剤を一方の基板に塗布しておくことで、ガラス基板を剥いだ際に剥離剤を塗布していないもう一方の基板にだけ、選択的に金属リングビーズがついたものが得られる。金属リングビーズは、ガラス基板に付着した状態で使用しても良いし、ガラス基板から剥がして利用しても良い。
【００４２】
また、ビーズを除去して金属リングだけ取り出したい場合には、ベンゼンなどの有機溶媒でビーズを溶かして金属リングのみを残すことができる。
【００４３】
＜変形例＞
上記の説明では、球形のビーズを押しつぶして円盤状にし、円環状の金属リングを製造する方法について述べた。しかしながら、球形以外のビーズを用いることで、他の形状の金属リングを得ることができる。例えば、四面体形状のビーズを押しつぶしてコーティングすると三角環の金属リングが得られる。このように、最終的に作成したい金属リングの形状に合わせて、最初に準備するビーズの形状を選択することができる。
【００４４】
また、上記の説明では被メッキ物として電気不導体であるラテックスビーズを採用したので無電解メッキ法によって金属コーティングを施したが、被メッキ物が導体である場合には電解メッキ法によって金属コーティングを施すこともできる。また、被メッキ物が電気不導体であっても、導電性の物をコートすれば電解メッキにより金属コーティングを施せる。
【００４５】
（実施形態２．メッシュ状金属コーティングの製造方法）
上記実施形態１のメッキ処理において、メッキ溶液と接するガラス基板表面にもメッキ処理が施される。この際、押しつぶされたビーズと接触している部分には金属コーティングがなされない。このことに着目して、ビーズの配置を工夫することで、基板上への金属コーティングパターンを制御可能であり、以下のようにして、メッシュ状の金属コーティングを行うことができる。
【００４６】
本実施形態も基本的に上記実施形態１と同様の処理を行う。ただし、実施形態１ではビーズの凝集を防ぐためにポリマー溶液にビーズを混ぜてガラス基板上に滴下していたが（図１（ａ））、本実施形態では自己組織化によってビーズが整列するようにする。
【００４７】
具体的には、１ｍｌの水の中にポリスチレンビーズを３滴加える。このポリスチレンビーズを含む水をガラス基板上に滴下し、そのままの状態で水を蒸発させる。すると、ビーズは自己組織的に凝集し、基板上に単層で六方最密格子状に敷き詰められる。そして、別の基板を用いてビーズを挟み込んで押しつぶすことで、ビーズと基板との接触面積が増加する。ビーズと接触している部分には金属コーティングが施されないので、メッシュ状の
金属コーティングを得ることができる。なお、ビーズを押しつぶす量を制御することでコーティングされる量（メッシュの目の大きさ）を調整することができる。
【００４８】
図４は、上記の方法によってガラス基板にメッシュ状の金属コーティングを施した際の、顕微鏡写真を示す。図中の白い部分がビーズが存在し金属コーティングが施されていない部分であり、黒い部分が金属コーティングが施された部分である。
【００４９】
このようなメッシュ状の金属構造は、金属リング（すなわちメッシュの網目一つ）のサイズ程度の波長を持つ電磁波を遮断する効果がある。したがって、このようなメッシュ状の金属コーティングがされた基板は、電磁シールドとして応用が可能である。遮蔽したい電磁波の波長に応じて、使用するビーズの粒径を選択することが好ましい。
【００５０】
なお、金属コーティングを施す対象は、ガラス基板である必要はない。特に電磁シールドへの応用を考慮すると、ビーズを押しつぶすことのできる強度その他の特性を有するのであれば、ポリマーフィルムなどに金属コーティングを施すことも好ましい。
【００５１】
メッシュ状の金属コーティングを施す場合にも、被メッキ物である基板の材料に応じて、無電解メッキ法および電解メッキ法のいずれも採用可能である。基板が電気不導体である場合には無電解メッキ法を用いる必要があるが、基板が導体である場合には電解メッキ法を用いることもできる。なお、基板が導体であるというのは、基板そのものが導電性を持つ場合に加えて、不導体基板に金属薄膜コートやＩＴＯ膜コートなどの導電コーティングを付加したものも含まれる。また、電解メッキ法を採用した場合であって、ビーズに電気不導体を採用した場合には、ビーズには金属コーティングが施されないことになるが、メッシュ状の金属コーティングを得ることが目的であるので特に問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
リング状の金属構造（金属リング）は、メタマテリアルを構成する微小光共振器に利用することができる。メッシュ状の金属構造は、電磁シールドとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ ビーズ
２ａ，２ｂ ガラス基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を２枚の基板で挟む工程と、
両基板に力を加えて、前記微粒子を押しつぶす工程と、
前記微粒子が基板間に挟まれた状態で、基板間にメッキ溶液を入れ、押しつぶされた微粒子の側面に金属コーティングを施す工程と、
を含む金属コーティング方法。
【請求項２】
前記微粒子は球形であり、押しつぶされることで円盤状となり、
金属コーティングを施す工程によって、環状の金属コーティングが得られる
ことを特徴とする請求項１に記載の金属コーティング方法。
【請求項３】
微粒子を基板間に挟む工程において、高粘性液体に微粒子を混ぜて基板上に滴下することによって、微粒子の凝集を防ぐことを特徴とする請求項１または２に記載の金属コーティング方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの方法によって側面がコーティングされた微粒子から、該微粒子を除去することによって金属リングを取り出す、ことを特徴とする金属リングの製造方法。
【請求項５】
微粒子を２枚の基板で挟む工程と
両基板に力を加えて、前記微粒子を押しつぶして、前記微粒子と前記基板との接触面積を増加させる工程と、
前記微粒子が基板間に挟まれた状態で、基板間にメッキ溶液を入れ、前記基板のうち前記微粒子が接触していない部分に金属コーティングを施す工程と、
を含む金属コーティング方法。
【請求項６】
微粒子を基板間に挟む工程において、低粘性液体に微粒子を混ぜて基板上に滴下し、低粘性液体を蒸発させることで、微粒子を単層に集積化させることによって、
基板に対してメッシュ状の金属コーティングを施すことを特徴とする請求項５に記載の金属コーティング方法。
【請求項１】
微粒子を２枚の基板で挟む工程と、
両基板に力を加えて、前記微粒子を押しつぶす工程と、
前記微粒子が基板間に挟まれた状態で、基板間にメッキ溶液を入れ、押しつぶされた微粒子の側面に金属コーティングを施す工程と、
を含む金属コーティング方法。
【請求項２】
前記微粒子は球形であり、押しつぶされることで円盤状となり、
金属コーティングを施す工程によって、環状の金属コーティングが得られる
ことを特徴とする請求項１に記載の金属コーティング方法。
【請求項３】
微粒子を基板間に挟む工程において、高粘性液体に微粒子を混ぜて基板上に滴下することによって、微粒子の凝集を防ぐことを特徴とする請求項１または２に記載の金属コーティング方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの方法によって側面がコーティングされた微粒子から、該微粒子を除去することによって金属リングを取り出す、ことを特徴とする金属リングの製造方法。
【請求項５】
微粒子を２枚の基板で挟む工程と
両基板に力を加えて、前記微粒子を押しつぶして、前記微粒子と前記基板との接触面積を増加させる工程と、
前記微粒子が基板間に挟まれた状態で、基板間にメッキ溶液を入れ、前記基板のうち前記微粒子が接触していない部分に金属コーティングを施す工程と、
を含む金属コーティング方法。
【請求項６】
微粒子を基板間に挟む工程において、低粘性液体に微粒子を混ぜて基板上に滴下し、低粘性液体を蒸発させることで、微粒子を単層に集積化させることによって、
基板に対してメッシュ状の金属コーティングを施すことを特徴とする請求項５に記載の金属コーティング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１３２６０６（Ｐ２０１１−１３２６０６Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２８３４（Ｐ２０１１−８２８３４）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【分割の表示】特願２００７−１７４９８０（Ｐ２００７−１７４９８０）の分割
【原出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【分割の表示】特願２００７−１７４９８０（Ｐ２００７−１７４９８０）の分割
【原出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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