JP6187009B2

JP6187009B2 - 微細貫通孔成形装置および微細貫通孔成形品の製造方法

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Publication number: JP6187009B2
Application number: JP2013164508A
Authority: JP
Inventors: 沼宏之長; 田務夫山
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2017-08-30
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Description

本発明は、微細貫通孔成形装置に用いられるバックシート、合成樹脂の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、ならびにこのような微細貫通孔成形品の製造方法によって製造された微細貫通孔成形品およびミスト形成用フィルターに関する。

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。

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（例えば、特開平５−２８９１２号公報）。

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。

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。

ところで、本出願人は、特開２０１０−１３７３１３号公報において、超音波振動する突状部を有する超音波成形型を用いて、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ことが提案している。

特開平５−２８９１２号公報特開２０１０−１３７３１３号公報

特開２０１０−１３７３１３号公報で提案されている微細貫通孔成形装置は、超音波振動する突状部を合成樹脂からなる基材シートに当接させて、超音波振動のエネルギーを熱エネルギーに変えて基材シートを局部的に溶融させて、突状部の形状を基材シートに賦型することにより、基材シートに多数の微細貫通孔を形成するものである。しかしながら、基材シートがバックシートに対してしっかりと固定されていない場合、製造された微細貫通孔成形品を搬送することが難しくなるおそれがあった。また、超音波成形型の突状部からの振動によって、繰り返し成形した後に受台及び超音波成形型の突状部が摩耗するおそれがある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、超音波成形型の突状部からの振動を吸収することができるとともに、微細貫通孔成形品とバックシートとを一体化して搬送することが可能な、バックシート、微細貫通孔成形装置、微細貫通孔成形品の製造方法、ならびにその方法により製造された微細貫通孔成形品およびミスト形成用フィルターを提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態によるバックシートは、受台と、受台上に保持され、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有し、超音波成形型は、上下方向に移動可能となり、かつ突状部が超音波振動し、超音波成形型の突状部と受台との間で基材シートおよびバックシートを挟持した状態で、超音波成形型の突状部を超音波振動させて基材シートを超音波振動加熱し、突状部により基材シートを貫通して、基材シートに多数の微細貫通孔を形成する、微細貫通孔成形装置に用いられるバックシートにおいて、耐熱層と、耐熱層上に設けられ、基材シートに粘着される粘着層とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の一実施の形態によるバックシートにおいて、粘着層は、基材シートより高い耐熱性を有し、かつ基材シート及び耐熱層より低い剛性を有していてもよい。

本発明の一実施の形態によるバックシートにおいて、粘着層は、シリコンラバーまたはポリジメチルシロキサンを含むシリコーン樹脂からなっていてもよい。

本発明の一実施の形態によるバックシートにおいて、耐熱層は、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または耐熱プラスチックを含んでもよい。

本発明の一実施の形態によるバックシートにおいて、粘着層の厚みは、２μｍ〜１０μｍであってもよい。

本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置は、受台と、受台上に保持され、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、かつ突状部が超音波振動し、超音波成形型の突状部と受台との間で基材シートおよびバックシートを挟持した状態で、超音波成形型の突状部を超音波振動させて基材シートを超音波振動加熱し、突状部により基材シートを貫通して、基材シートに多数の微細貫通孔を形成し、バックシートは、耐熱層と、耐熱層上に設けられ、基材シートに粘着される粘着層とを有することを特徴とするものである。

本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置において、粘着層は、基材シートより高い耐熱性を有し、かつ基材シート及び耐熱層より低い剛性を有していてもよい。

本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置において、粘着層は、シリコンラバーまたはポリジメチルシロキサンを含むシリコーン樹脂からなっていてもよい。

本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置において、耐熱層は、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または耐熱プラスチックを含んでもよい。

本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形装置において、粘着層の厚みは、２μｍ〜１０μｍであってもよい。

また、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は、微細貫通孔成形装置を用いて、微細貫通孔成形品を製造する方法であって、受台上にバックシートを保持するとともに、バックシートの粘着層を合成樹脂製の基材シートに粘着させる工程と、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下降させて、超音波振動する突状部を基材シートに当接させて、基材シートを超音波振動加熱し、基材シートのうち突状部が当接した部分を軟化ないし溶融させる工程と、超音波成形型をさらに下降させて、超音波成形型の突状部と受台との間で、軟化ないし溶融した基材シートおよびバックシートを挟持し、この状態で、超音波成形型の突状部を超音波振動させて基材シートを超音波振動加熱し、突状部により基材シートを貫通させて基材シートに多数の微細貫通孔を形成し、微細貫通孔成形品を作製する工程と、受台から、バックシートとバックシートに粘着された微細貫通孔成形品とを一体として取外す工程と、バックシートから、バックシートの粘着層に粘着された微細貫通孔成形品を剥離する工程とを備えたことを特徴とするものである。

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、突状部が基材シートに貫入する際に負荷重がかかるように、超音波成形型を下降させてもよい。

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、超音波成形型を下降させ、突状部の先端が最も下方に達したとき、突状部の先端がバックシートの粘着層内に留まってもよい。

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、微細貫通孔の形成工程において、突状部が基材シートに当接してからバックシートの粘着層に達するまでの間、徐々に振幅が小さくなるように超音波成形型を減衰振動させ、突状部がバックシートの粘着層に達すると超音波振動を停止させてもよい。

また、本発明の一実施の形態による微細貫通孔成形品は、微細貫通孔成形品の製造方法によって得られることを特徴とする。

さらに、本発明の一実施の形態によるミスト形成用フィルターは、合成樹脂製の基材シートに多数の微細貫通孔が形成されたミスト形成用フィルターであって、前記ミスト形成用フィルターは、微細貫通孔成形品の製造方法によって得られたものであり、貫通孔の直径が、基材シートの表裏において異なっており、一方の面の直径が１〜１０μｍであり、他方の面の直径が２０〜８０μｍであることを特徴とする。

本発明によれば、微細貫通孔成形装置に用いられるバックシートは、耐熱層と、耐熱層上に設けられ、基材シートに粘着される粘着層とを備えている。これにより、バックシートの粘着層が超音波成形型の突状部からの振動を吸収することができ、受台及び超音波成形型の突状部の摩耗を防止することができる。また、基材シートがバックシートに粘着されていることにより、微細貫通孔成形品とバックシートとを一体化して搬送することができる。

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１の微細貫通孔成形装置の一部を拡大した拡大概略断面図。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。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３のIV方向矢視図）。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４のＶ−Ｖ線断面図）。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製する方法を示す概略斜視図。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製する方法を示す概略断面図。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概略図。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拡大概略断面図。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。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。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１１のXII−XII線断面図）。本発明の一実施の形態によるミスト発生装置の一部を拡大した拡大概略断面図。

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〜図１３は本発明の一実施の形態を示す図である。

＜バックシートおよび微細貫通孔成形装置＞
まず、図１および図２により本実施の形態によるバックシートおよび微細貫通孔成形装置の構成について説明する。

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。

受台１１は、温度制御装置１６により、その上面を所望の温度に加熱できるようになっており、バックシート１２を介して基材シート２０を加熱できるようになっている。

このうちバックシート１２は、多層構造からなっており、受台１１側に位置する耐熱層１２ｂと、耐熱層１２ｂ上に設けられ、基材シート２０に粘着される粘着層１２ｃとを備えている。この場合、粘着層１２ｃは耐熱層１２ｂの表面全域に設けられ、すなわち、耐熱層１２ｂおよび粘着層１２ｃの平面形状は互いに同一であるが、これに限定されるものではない。例えば、粘着層１２ｃは、耐熱層１２ｂ表面のうち各突状部３１（後述）に対応する領域周辺のみに設けても良い。また、平面から見て、基材シート２０よりバックシート１２の方が大きくなるように構成されている。本実施の形態において、このような、耐熱層１２ｂと粘着層１２ｃとを備えたバックシート１２も提供する。

耐熱層１２ｂは、耐熱性を有する（溶融温度が例えば２５０℃以上である）とともに、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。このような耐熱層１２ｂとしては、例えばポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のシート、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。

耐熱層１２ｂの厚みは、５μｍ〜０．５ｍｍとすることが好ましい。耐熱層１２ｂの厚みを５μｍ以上とすることにより、超音波成形型３０の突状部３１（後述）からの振動を効果的に吸収することができ、受台１１及び超音波成形型３０の突状部３１の摩耗を防止することができる。また、受台１１からバックシート１２および微細貫通孔成形品４０を取外した後、微細貫通孔成形品４０とバックシートとを一体化して搬送することが容易になる（後述する図８（ｅ）参照）。一方、耐熱層１２ｂの厚みを０．５ｍｍ以下とすることにより、熱伝導性が金属より劣るプラスチック樹脂であっても、厚さが薄いため、基材シート２０の温度を、接触する受台１１の温度付近（成形に際しては基材シート２０の変形を最適化する軟化ないし溶融温度に制御する必要があるがこの温度をいう）に保つことができる。

また粘着層１２ｃは、基材シート２０に対する粘着性を有するとともに、耐熱層１２ｂに対する超音波成形型３０の突状部３１（後述）からの振動衝撃を吸収する、緩衝層としての機能を果たす。粘着層１２ｃの振動吸収性能は、耐熱層１２ｂの振動吸収性能より高いことが好ましい。また粘着層１２ｃは、基材シート２０より高い耐熱性を有し、かつ基材シート２０及び耐熱層１２ｂより低い剛性を有することが好ましい。粘着層１２ｃとしては、具体的には、例えばシリコンラバーまたはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含むシリコーン樹脂を用いることができる。このような粘着層１２ｃは、フィルム状の耐熱層１２ｂの表面に、例えば架橋剤を添加して硬化させてシリコンラバーを薄く積層したり、または溶剤に溶かしたポリジメチルシロキサン等の成分をコーティングすることにより形成される。

粘着層１２ｃの厚みは、超音波成形型３０の超音波振動の振幅（例えば成形の最終段階に減衰振動させる０μｍ〜５μｍ）より大きくすることが好ましく、例えば２μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。粘着層１２ｃの厚みを成形の最終段階の振幅以上とすることにより、超音波成形型３０の突状部３１（後述）の振動を効果的に吸収することができ、剛性の高い耐熱層１２ｂと接触することが無く、受台１１及び超音波成形型３０の突状部３１の摩耗を防止することができる。一方、粘着層１２ｃの厚みを１０μｍ以下とすることにより、突状部３１が粘着層１２ｃに到達しない成形の初期段階で付加する大きな振幅（例えば５〜１０μｍ）に対しては、基材シート２０及び耐熱層１２ｂを介して十分な抗力を発生させる剛性を持たせることができる。

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、バックシート１２との組合せにより相対的に選択する必要があるが、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、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（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〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。

また、微細貫通孔成形装置１０には、図１に示すように、受台１１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、バックシート１２を受台１１上に固定保持することもできる。

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。

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。

超音波成形型３０は、成形型制御装置１５により制御され、その先端に設けられた突状部３１が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を超音波振動加熱する。この超音波振動加熱のみによって、基材シート２０を軟化ないし溶融させて超音波成形型３０により基材シート２０を賦型するのには時間を要する。超音波振動のエネルギーを増加させると、振動の振幅も大きくなるため、形成しようとする貫通孔の位置精度が低下してしまう。本発明においては、上記したように、受台１１が昇温して基材シート２０をガラス転移温度ないし軟化温度付近まで加熱できるため、位置精度を保てるような超音波振動エネルギーを基材シート２０に付与すれば、容易に基材シート２０を賦型できる状態（即ち、基材シート２０が軟化ないし溶融した状態）にすることができる。その結果、簡易かつ短時間に、合成樹脂の基材シート２０に多数の微細な貫通孔を容易に形成することができる。

受台１１は、基材シート２０の温度がガラス転移温度ないし軟化温度付近となるように温度制御されるが、好ましくは、合成樹脂の軟化温度よりも少し低い温度となるように制御される。基材シート２０の温度が、合成樹脂の軟化温度以上の温度となると、基材シート２０の加熱されている部分全体が軟化し始める。基材シート２０の超音波成形型３０の突状部３１が当接する部分以外の部分が軟化すると、精度の高い貫通孔が形成できなくなる場合がある。基材シート２０の温度は、軟化温度よりも１〜５０℃、より好ましくは約５〜３０℃低い温度が好適である。

図１において、成形型制御装置１５により超音波成形型３０を下降させ、超音波振動する突状部３１を基材シート２０に当接させて、基材シート２０を超音波振動加熱する。これにより突状部３１が当接した部分の基材シート２０が軟化ないし溶融する。基材シート２０が軟化ないし溶融すると、成形型制御装置１５により、超音波成形型３０がさらに下降して、超音波成形型３０の突状部３１と受台１１との間で基材シート２０およびバックシート１２を挟持する。この状態で、超音波成形型３０の突状部３１を超音波振動させて基材シート２０を超音波振動加熱し、超音波成形型３０の先端に設けられた突状部３１が基材シート２０に貫入する。この間、バックシート１２の耐熱層１２ｂおよび粘着層１２ｃにより、超音波成形型３０の突状部３１からの振動衝撃が吸収される。突状部３１の先端が、バックシート１２の粘着層１２ｃに達すると、成形型制御装置１５により、超音波成形型３０の超音波振動が停止するとともに、振動エネルギーの付加による加熱も停止し、基材シート２０の上面および下面からの熱伝導による冷却に移行する。基材シート２０の上面では、ガラス転移点ないし軟化温度以下に温調された突状部３１により基材シート２０が冷却される。また一方基材シート２０の下面は、温度制御装置１６により、受台１１を降温して基材シート２０を冷却するか、あるいは、温度制御装置１６により受台１１の温度を合成樹脂のガラス転移温度ないし軟化温度以下の温度となるように制御し、基材シート２０から受台１１への熱伝導により、基材シート２０を所望の温度に冷却する。

上記のようにして冷却された基材シート２０の、超音波成形型３０が接している部分（突状部３１が貫入している部分）の合成樹脂が固化した後、成形型制御装置１５により、超音波成形型３０を上方に移動させて、突状部３１を抜出する。この時、突状部３１が基材シート２０に形成された貫通孔から剥離しない場合もあり、超音波成形型３０が上方に移動するのに伴って、超音波成形型３０のホーンヘッド３２下端にある突状部３１とともに基材シート２０も上方に持ち上がり、微細な貫通孔を変形させてしまうことがある。本発明においては、超音波成形型３０を再度、超音波振動させることにより、突状部３１の抜出が容易にすることができる。その結果、基材シートに、より精度の高い貫通孔を形成することができる。

＜超音波成形型＞
次に、図３〜図５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。

図３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、鋼鉄、ステンレス鋼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。ベース部３３は、上方から下方に向けて徐々に直径が小さくなる円形の水平断面を有している。

次に、図４および図５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４および図５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、超音波成形型３０の振幅を小さく設定したい場合には、超音波振動子に合わせて、逆に上方から下方に向けて徐々に直径が大きくなるようにしても良く、あるいは、同径としても良い。さらに、隣接する頂部３１ａの間には谷部３１ｃが形成されている。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の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。同じ圧力で押した場合、各突状部３１の先端の面積が小さいほうが、突状部３１ひとつひとつにかかる圧力が大きいため、各突状部３１がより基材シート２０に押し込まれやすくなる。このため、突起部３１と基材シート２０との接する面積が大きくなり、より大きな摩擦熱が発生する。このことにより、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。

図５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〜１０μｍ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〜１００μｍ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〜１００μｍ程度とすることが好ましい。

次に、図６および図７により、このような超音波成形型３０を作製する方法、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。

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。

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。

＜微細貫通孔成形品の製造方法＞
次に、図８（ａ）〜（ｆ）、図９（ａ）〜（ｄ）および図１０を参照しながら、上記した微細貫通孔成形装置１０を用いて微細貫通孔成形品４０を製造する方法について説明する。

まず、製造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、上記したような方法によって超音波成形型３０を作製する。また、フィルム状の耐熱層１２ｂの表面に、架橋剤を添加して硬化させてシリコンラバーを薄く積層したり、または溶剤に溶かしたポリジメチルシロキサン等の成分をコーティング形成することにより、耐熱層１２ｂと、耐熱層１２ｂ上に設けられた粘着層１２ｃとを有するバックシート１２を作製しておく。

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℃）から基材シート２０を構成する合成樹脂のガラス転移点温度ないし軟化温度の付近の温度でかつ基材シート２０が成形後に硬化して変形しない温度となるように加熱する。

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。このとき、バックシート１２の粘着層１２ｃが基材シート２０に粘着される。したがって、基材シート２０はバックシート１２上で動かないように支持される。また、吸引部１３を用いて真空吸引することにより、バックシート１２を受台１１上で動かないように固定支持する（図８（ａ））。なお、予めバックシート１２の粘着層１２ｃを基材シート２０に粘着しておき、その後一体となったバックシート１２および基材シート２０を受台１１上に載置しても良い。

続いて、温度制御装置１６により受台１１を加温して、基材シート２０を合成樹脂のガラス転移温度ないし軟化温度付近まで加熱する。

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（図９（ａ））。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。

超音波成形型３０の下降により、各突状部３１が基材シート２０に当接する。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超音波振動加熱される。この振動エネルギーによる超音波振動加熱と、受台１１から加えられる熱エネルギーにより、基材シート２０を構成する合成樹脂が軟化ないし溶融温度まで達し、その結果、基材シート２０のうち突状部３１が当接している部分のみが先行して局所的に軟化ないし溶融する（図８（ｂ）、図９（ｂ））。

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（図９（ｃ））。このとき、超音波成形型３０の各突状部３１と、受台１１との間で、軟化ないし溶融した基材シート２０と、バックシート１２が挟持されている。また、超音波成形型３０が下降している間、突状部３１が基材シート２０に貫入する際に負荷重がかかるようにしておく。この場合、バックシート１２の耐熱層１２ｂ上に粘着層１２ｃが設けられていることにより、粘着層１２ｃによって突状部３１からの振動を吸収することができ、受台１１に対する衝撃を緩和することができる。これにより、受台１１及び突状部３１が振動衝撃によって摩耗する不具合を防止することができる。

この状態で、超音波成形型３０の突状部３１は超音波振動されて、基材シート２０が超音波振動加熱され、突状部３１により基材シート２０が貫通する。このようにして、超音波成形型３０の各突状部３１先端がバックシート１２の粘着層１２ｃに達する。（図８（ｃ）、図９（ｄ））。なお、各突状部３１の先端が最も下方に達したとき、各突状部３１の先端はバックシート１２の粘着層１２ｃ内に留まり、耐熱層１２ｂまで達しないことが好ましい。これにより、より効果的に突状部３１からの振動衝撃を吸収することができるからである。

各突状部３１の先端がバックシート１２の粘着層１２ｃに達したとき、超音波成形型３０の下降を停止させる。この時、負荷重をモニターしておくことにより、突状部３１がバックシート１２の粘着層１２ｃに達したことがわかるため、負荷重のモニタリングにより、超音波成形型３０の下降移動を制御してもよい。その後、各突状部３１先端の振動下端がバックシート１２の粘着層１２ｃ内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。

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（例えば５μｍ〜１０μｍ）をもち、成形時の後段において小さな振幅（例えば０μｍ〜５μｍ）をもつように振動することが好ましい。更には、振動減衰を行い停止させる際の超音波成形型３０の突状部３１の下端が成形工程中の移動位置のうちで、最下端の位置であることが好ましい。

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の粘着層１２ｃ内に到達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の粘着層１２ｃ内に到達した後、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の粘着層１２ｃ内に留ま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の粘着層１２ｃ内）に到達させ、負荷重をかけ押圧した状態で停止する方法もある。

次に、振動が停止するのと同時に、予め設定温調した超音波成形型３０およびバックシート１２を介在させた受台１１の温度で基材シート２０が冷却され、硬化される。更に硬化を確実にするためには加熱装置１４が停止し、超音波成形型３０を冷却すると同時に、温度制御装置１６により受台１１を降温して基材シート２０が合成樹脂のガラス温度ないし軟化温度以下の温度となるまで冷却する。これにより、局部的に軟化ないし溶融していた基材シート２０が固化し、基材シート２０に多数の微細貫通孔４１が形成され、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。

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。この状態で、微細貫通孔成形品４０を超音波成形型３０から離型することができる（図８（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。

その後、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８（ｅ））。このとき、微細貫通孔成形品４０がバックシート１２の粘着層１２ｃにしっかりと粘着されているので、微細貫通孔成形品４０とバックシート１２とが一体化されており、バックシート１２によって保護された状態で、微細貫通孔成形品４０を搬送することができる。これにより、厚みの薄い微細貫通孔成形品４０が、誤って破損したり変形したりする不具合を防止することができる。

最後に、微細貫通孔成形品４０とバックシート１２とを所定の場所に搬送したのち、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、微細貫通孔成形品４０が得られる（図８（ｆ））。バックシート１２から微細貫通孔成形品４０を剥離する際、微細貫通孔成形品４０の端部を引き上げることにより、微細貫通孔成形品４０をバックシート１２の粘着層１２ｃから引き剥がすことができる。

＜微細貫通孔成形品＞
次に、図１１および図１２により、上記した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。図１１は、微細貫通孔成形品を示す平面図であり、図１２は、図１１のXII−XII線断面図である。

図１１および図１２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製造されたものである。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、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の熱可塑性プラスチックを適用することもできる。

図１１および図１２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の他面の円形開口４２ｂ側に向けて延びる斜面部４１ｂとを有している。斜面部４１ｂは、直線や曲線としてよいが、特に、後記するようなミスト形成用フィルターとして微細貫通孔成形品４０を使用する場合には、斜面部４１ｂが放物線となるようなコニーデ形状の貫通孔とすることが好ましい。また、符号４０ａは、円形開口４１ａ周縁に形成された孔周縁部であり、符号４０ｂは、互いに隣接する微細貫通孔４１同士の間に形成された接続部であり、符号４０ｃは、微細貫通孔４１の周囲に形成された肉厚部である。

斜面部４１ｂが放物線となるようなコニーデ形状の貫通孔では、図１２に示すように、微細貫通孔成形品４０の表裏において貫通孔の直径が異なる。例えば、各微細貫通孔４１の円形開口４１ａの直径ｄ₂は、例えば１μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。また、円形開口４２ｂの直径ｄ₃は、例えば２０μｍ〜８０μｍ程度とすることが好ましい。貫通孔４１の数は、微細貫通孔成形品４０の単位面積あたり、２００〜１０００個／ｍｍ^２程度であることが好ましく、各貫通孔４１が上記のような数となるには、隣接する円形開口４１ａ同士間の距離Ｌ₂は、例えば３２μｍ〜７０μｍ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〜１００μｍ程度とすることが好ましい。

上記したような微細貫通孔成形品４０は、ネブライザー等のミスト発生装置のミスト形成用フィルターとして好適に使用できる。例えば、図１３に示すように、ミスト発生装置５０の超音波振動子５１とミスト発生口５２との間に、微細貫通孔成形品４０（ミスト形成用フィルター５４）を配置する。超音波振動子５１上に供給された液体５３は、超音波振動子５１からの振動エネルギーにより粒状の液滴５３ａが形成されるが、ミスト形成用フィルター５４の貫通孔を液滴が通過してミスト発生口５２へ放出されることにより、所望の粒径を有する液滴５３ａを形成することができる。上記のような表裏で直径の異なる貫通孔が設けられた微細貫通孔成形品４０の貫通孔の直径の大きい側が超音波振動子５１側となるように微細貫通孔成形品４０を配置することにより、液滴５３ａの粒径が１〜１０μｍ程度のミストを形成することができる。

１０微細貫通孔成形装置
１１受台
１２バックシート
１２ｂ耐熱層
１２ｃ粘着層
１３吸引部
１４加熱装置
１５成形型制御装置
１６温度制御装置
２０基材シート
３０超音波成形型
３１突状部
３２ホーンヘッド
３３ベース部
４０微細貫通孔成形品
５０ミスト発生装置
５４ミスト形成用フィルター

Claims

受台と、
受台上に保持され、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、かつ突状部が超音波振動し、
超音波成形型の突状部と受台との間で基材シートおよびバックシートを挟持した状態で、超音波成形型の突状部を超音波振動させて基材シートを超音波振動加熱し、突状部により基材シートを貫通して、基材シートに多数の微細貫通孔を形成し、
バックシートは、耐熱層と、耐熱層上に設けられ、基材シートに粘着される粘着層とを有し、
バックシートの粘着層は、基材シートに微細貫通孔が形成される前と微細貫通孔が形成された後との両方で、基材シートを粘着して保持することを特徴とする、微細貫通孔成形装置。
粘着層は、基材シートより高い耐熱性を有し、かつ基材シート及び耐熱層より低い剛性を有する、請求項１に記載の微細貫通孔成形装置。
粘着層は、シリコンラバーまたはポリジメチルシロキサンを含むシリコーン樹脂からなる、請求項１または２に記載の微細貫通孔成形装置。
耐熱層は、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または耐熱プラスチックを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の微細貫通孔成形装置。
粘着層の厚みは、２μｍ〜１０μｍである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の微細貫通孔成形装置。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微細貫通孔成形装置を用いて、微細貫通孔成形品を製造する方法であって、
受台上にバックシートを保持するとともに、バックシートの粘着層を合成樹脂製の基材シートに粘着させる工程と、
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下降させて、超音波振動する突状部を基材シートに当接させて、基材シートを超音波振動加熱し、基材シートのうち突状部が当接した部分を軟化ないし溶融させる工程と、
超音波成形型をさらに下降させて、超音波成形型の突状部と受台との間で、軟化ないし溶融した基材シートおよびバックシートを挟持し、この状態で、超音波成形型の突状部を超音波振動させて基材シートを超音波振動加熱し、突状部により基材シートを貫通させて基材シートに多数の微細貫通孔を形成し、微細貫通孔成形品を作製する工程と、
受台から、バックシートとバックシートに粘着された微細貫通孔成形品とを一体として取外す工程と、
バックシートから、バックシートの粘着層に粘着された微細貫通孔成形品を剥離する工程とを備え、
バックシートの粘着層は、基材シートに微細貫通孔が形成される前と微細貫通孔が形成された後との両方で、基材シートを粘着して保持することを特徴とする、方法。
突状部が基材シートに貫入する際に負荷重がかかるように、超音波成形型を下降させる、請求項６に記載の方法。
超音波成形型を下降させ、突状部の先端が最も下方に達したとき、突状部の先端がバックシートの粘着層内に留まる、請求項６または７に記載の方法。
微細貫通孔の形成工程において、突状部が粘着層内に到達した後、徐々に振幅が小さくなるように超音波成形型を減衰振動させ、その後超音波振動を停止させる、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の方法。