特許ウォッチ

公開番号2025082642
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-29
出願番号2023196113
出願日2023-11-17
発明の名称微細構造体デバイス製造システム及び微細構造体デバイス製造方法
出願人株式会社Laboko,国立大学法人群馬大学
代理人個人
主分類B29C 33/38 20060101AFI20250522BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】微細構造体デバイスを迅速に、且つ高精度に製造することが可能な微細構造体デバイス製造システム及び微細構造体デバイス製造方法を提供する。
【解決手段】微小流路設計部は、側面が底面から上面に向かって広がる傾斜面を有する流路を含む所定の微小流路を構成した3次元設計データを作成する。樹脂型製造部は、フォトリソグラフィを用いて、作成された3次元設計データの微小流路を凸部にした光硬化性樹脂製の樹脂型を製造する。構造体成形部は、樹脂型を、射出成形機の射出成形金型の内部に設置して、溶融樹脂を注入することで、樹脂型の微小流路を凹部として転写した微小流路構造物を成形し、当該微小流路構造物の微小流路の上面から前記樹脂型を抜き取ることで、当該微小流路構造物を取り出す。部品組立部は、取り出された微小流路構造物に所定の加工を加えて、所定の部品を組み込むことで、微小流路を有する微細構造体デバイスを製造する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ユーザの操作指示に従って、側面が底面から上面に向かって広がる傾斜面を有する流路を含む所定の微小流路を構成した３次元設計データを作成する微小流路設計部と、
フォトリソグラフィを用いて、前記作成された３次元設計データの微小流路を凸部にした光硬化性樹脂製の樹脂型を製造する樹脂型製造部と、
前記樹脂型を、射出成形機の射出成形金型の内部に設置して、当該射出成形金型の内部に溶融樹脂を注入することで、樹脂型の微小流路を凹部として転写した微小流路構造物を成形し、当該微小流路構造物の微小流路の上面から前記樹脂型を抜き取ることで、当該微小流路構造物を取り出す構造体成形部と、
前記取り出された微小流路構造物に所定の加工を加えて、所定の部品を組み込むことで、前記微小流路を有する微細構造体デバイスを製造する部品組立部と、
を備える微細構造体デバイス製造システム。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
ユーザの操作指示に従って、側面が底面から上面に向かって広がる傾斜面を有する流路を含む所定の微小流路を構成した３次元設計データを作成する微小流路設計工程と、
フォトリソグラフィを用いて、前記作成された３次元設計データの微小流路を凸部にした光硬化性樹脂製の樹脂型を製造する樹脂型製造工程と、
前記樹脂型を、射出成形機の射出成形金型の内部に設置して、当該射出成形金型の内部に溶融樹脂を注入することで、樹脂型の微小流路を凹部として転写した微小流路構造物を成形し、当該微小流路構造物の微小流路の上面から前記樹脂型を抜き取ることで、当該微小流路構造物を取り出す構造体成形工程と、
前記取り出された微小流路構造物に所定の加工を加えて、所定の部品を組み込むことで、前記微小流路を有する微細構造体デバイスを製造する部品組立工程と、
を備える微細構造体デバイス製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造体デバイス製造システム及び微細構造体デバイス製造方法に関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ流体チップ（マイクロ流路チップ、流体デバイスともいう）やＩｏＴデバイスのような、微小構造体や微小流路を有する微細構造体デバイス、又は、この微細構造体デバイスのための樹脂成形品を製造するシステムや方法については、多数存在する。例えば、特開２０１６－０２８８７６号公報（特許文献１）には、樹脂成形品量産用の金型の製造方法が開示されている。この製造方法は、第一のステップと、第二のステップと、第三のステップと、第四のステップと、第五のステップと、第六のステップと、を備える。第一のステップは、樹脂成形品量産用の金型の製造に先立って、樹脂型の３次元ＣＡＤデータを作成する。第二のステップは、樹脂型の３次元ＣＡＤデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて、光硬化後の荷重たわみ温度が４５度以上である光硬化性樹脂を印刷して樹脂型を得る。第三のステップは、その樹脂型を用いて樹脂成形品量産用の樹脂原材料を成形する。第五のステップは、その成形物の調査を行う。第六のステップは、その調査結果を樹脂成形品量産用の金型の製造の際に反映させる。これにより、金型を製作して成形した正規の部品が求められる性能を発揮可能とするとしている。
【０００３】
又、特開２０１７－１０４９０１号公報（特許文献２）には、プレス装置の上下動するスライドに取付けられた上型とボルスタに固定された下型の間に被加工材を配置し、上型を下型に押し付けて被加工材をプレス成形することによりプレス成形体を製造する方法が開示されている。上型及び下型はともに３Ｄプリンタを用いて立体的に造形された樹脂製成形型である。被加工材は、厚さが０．１ｍｍ～６．０ｍｍの範囲内の金属板である。樹脂製成形型からなる上型及び下型のそれぞれの最深部における上型及び下型の各厚さは少なくとも５ｍｍである。これにより、３Ｄプリンタを用いて立体的に造形された樹脂製成形型を用いて、ひび割れ、反り、キズ及び成形型跡のない同形同大の複数の金属製の成形体を樹脂製成形型の構造を損傷させることなく簡便にかつ安価に得ることが出来るとしている。
【０００４】
又、特開２０１４－０７３６４３号公報（特許文献３）には、原版作成工程と、パターン転写工程と、を備える樹脂射出成形方法が開示されている。原版作成工程は、基板にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ又はＥＢリソグラフィによって原版を作成する。パターン転写工程は、原版作成工程で作成された原版を型として用い、この型に液状樹脂を注入して硬化し離型し、パターン転写された射出成形品を得る。これにより、複雑な工程を経ることなく、短時間でナノレベルの微細なパターン転写が可能であるとしている。
【０００５】
又、特開２０１４－１６８７７７号公報（特許文献４）には、１つ以上の粒子の形成方法が開示されている。この形成方法は、第一のステップと、第二のステップと、第三のステップとを備える。第一のステップは、複数の凹み領域がその中に形成されたパターン形成テンプレート表面を含むパターン形成テンプレート及び基板を提供する。第二のステップは、ある体積の液体材料をパターン形成テンプレート表面上及び複数の凹み領域中の少なくとも１つの上に配置する。第三のステップは、１つ以上の粒子を、パターン形成テンプレート表面を基板に接触させて液体材料を処理すること及び液体材料を処理することの１つによって形成する。これにより、ソフトリソグラフィ又はインプリントリソグラフィを用いる分離微小構造及び分離ナノ構造の作製方法を提供することが出来るとしている。
【０００６】
又、特開２０１５－１３０４９７号公報（特許文献５）には、ソフトリソグラフィによる、装置を製造する方法であって、第一のステップと、第二のステップと、第三のステップと、第四のステップと、第五のステップと、第六のステップと、を備えるナノスケールの特徴形体の生成方法が開示されている。第一のステップは、基板上に、複数のマイクロスケールの特徴形体及び１つのナノスケールの特徴形体を含む分子膜および分子膜に近接して生成された複数のマイクロチャネルを含むパターンを、１つのマイクロスケールの特徴形態は１つのナノスケールの特徴形態に近接するように生成する。第二のステップは、成形性ポリマー組成物を基板に注型する。第三のステップは、成形性ポリマー組成物を部分的に硬化する。第四のステップは、部分的に硬化された成形性ポリマー組成物を基板から除去し、複数のマイクロスケールの特徴形体及び１つのナノスケールの特徴形体を含む分子膜ならびに分子膜に近接して配置される貯留部を含むように、パターンを複製するモールドを、流体が分子膜において１つのマイクロスケールの特徴形態から少なくとも１つのナノスケールの特徴形態に流れるように形成する。第五のステップは、１つまたは２つ以上の出入りウィンドウをマイクロチャネルの１つまたは２つ以上の部分上に開ける。第六のステップは、装置において、モールドの複製されたパターンの１つの部分を表面に近接して配置し、流体を１つの貯留部から１つの出入りウィンドウを通して複数のマイクロチャネルの１つへ分子膜を通して引き込み、流体を分子膜の外へ複数のマイクロチャネルの他の１つの中に、１つの他の出入りウィンドウを通して抜き出し、少なくとも一つの他の貯留部に入れるようにする。これにより、ソフトリソグラフィを使用して、分子膜を生成する方法を提供することが出来るとしている。
【０００７】
又、特開２０１５－０６６７７８号公報（特許文献６）には、成形体の製造方法が開示されている。この製造方法では、透明基材上に硬化性樹脂組成物を半硬化させて、１０μｍ～１ｍｍの厚みを有し、室温での伸度５％以上を有する半硬化樹脂層を積層した半硬化フィルム積層体を、射出成形型内に半硬化樹脂層側が成形型に密着するように配置する。次に、透明基材側より型内に射出成形用樹脂を射出することによって射出成形用樹脂の成形を行うと同時に射出成形用樹脂と半硬化フィルム積層体とを一体化する。そして、半硬化樹脂層を完全硬化させることによりハードコート層と透明基材と射出成形用樹脂とが一体となった積層体を形成する。これにより、透明基材のハードコートとして非常に表面硬度が高く、３次元曲面形状の樹脂成形品に対する密着性や追従性に優れた半硬化フィルム積層体を利用した射出成形体の製造方法を提供することが出来るとしている。
【０００８】
又、再表２０１１／０４６１６９（特許文献７）には、第１の工程と、第２の工程と、を備えた微細構造体の作製方法が開示されている。第１の工程は、未露光の感光性樹脂に沿って、光が透過する透過量が相対的に大きい透光部と光が透過する透過量が相対的に小さい遮光部とを含む第１のマスクパターンを配置するとともに、第１のマスクパターンに関して感光性樹脂とは反対側に、光が透過する透過量が相対的に大きい透光部と光が透過する透過量が相対的に小さい遮光部とを含む第２のマスクパターンを配置する。第２の工程は、感光性樹脂及び第１のマスクパターンを貫通する中心軸を回転中心として、感光性樹脂及び第１のマスクパターンを一体回転させながら、第２のマスクパターンに関して感光性樹脂及び第１のマスクパターンとは反対側で、中心軸の方向に対して傾斜した方向から露光光を照射することにより、第２のマスクパターンと第１のマスクパターンとを透過した露光光の光束を、感光性樹脂に露光する。これにより、複雑な立体形状の微細構造体を少ない工程で形成することが出来るとしている。
【０００９】
一方、非特許文献１（Bruce K. Gale., et. al., A review of current methods in microfluidic device fabrication and future commercialization prospects, Inventions 2018, 3(3), 60）には、マイクロ流体チップの主要な成形加工方法として、レプリカ成形（ソフトリソグラフィー）と、射出成形と、ホットエンボスが開示されている。ここでは、金型の切削加工では、微小構造の最小サイズは２５μｍが限界であることが指摘されており、金型の切削加工に代わる金型の製造方法として、３Ｄプリンタによる金型作製が紹介されている。３Ｄプリンタによる金型作製では、金型に必要なコストや時間を削減することが可能であり、例えば、１００個の部品を問題なく成形出来たことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０１６－０２８８７６号公報
特開２０１７－１０４９０１号公報
特開２０１４－０７３６４３号公報
特開２０１４－１６８７７７号公報
特開２０１５－１３０４９７号公報
特開２０１５－０６６７７８号公報
再表２０１１／０４６１６９
【非特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許