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公開番号2025099494
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023216188
出願日2023-12-21
発明の名称金型の製造方法、金型及びマイクロデバイス
出願人福岡県,学校法人関西大学
代理人個人,個人,個人
主分類B29C 33/38 20060101AFI20250626BHJP(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】機械加工が困難な微細形状を有するマイクロデバイスを高精度で成形することができる金型の製造方法、金型及び高精細な微細形状を有するマイクロデバイスを提供する。
【解決手段】マイクロデバイスの形状に合わせて樹脂製のマスター型10が製造されるマスター型製造工程と、マスター型製造工程で製造されたマスター型10の形状が粉末射出成形により反転転写されて金型13が製造される金型製造工程とを有する金型の製造方法で製造される金型13を用いて、外表面にミクロンオーダーの微細形状を有する合成樹脂製のマイクロデバイスが製造される。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
合成樹脂製のマイクロデバイスの成形に用いられる金型の製造方法であって、
前記マイクロデバイスの形状に合わせて樹脂製のマスター型が製造されるマスター型製造工程と、該マスター型製造工程で製造された前記マスター型の形状が粉末射出成形により反転転写されて金型が製造される金型製造工程とを有することを特徴とする金型の製造方法。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
請求項１記載の金型の製造方法において、前記マスター型製造工程では、光造形により前記マスター型が製造されることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の金型の製造方法において、前記金型製造工程で製造される前記金型の内表面に、前記マスター型から反転転写された１μｍ～５ｍｍの深さの凹部及び／又は１μｍ～５ｍｍの高さの凸部が形成されることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の金型の製造方法において、前記凹部が形成される前記金型の前記内表面は凹面であることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項５】
合成樹脂製のマイクロデバイスの成形に用いられる金型であって、
内表面に、１μｍ～５ｍｍの深さの凹部及び／又は１μｍ～５ｍｍの高さの凸部を有することを特徴とする金型。
【請求項６】
請求項５記載の金型において、前記凹部が形成される前記内表面は凹面であることを特徴とする金型。
【請求項７】
合成樹脂製で、外表面に、１μｍ～５ｍｍの高さの凸部及び／又は１μｍ～５ｍｍの深さの凹部を有することを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項８】
請求項７記載のマイクロデバイスにおいて、外表面の少なくとも一部に凸面を有する本体部と、該本体部の前記凸面に形成された１又は複数の前記凸部を備えていることを特徴とするマイクロデバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロデバイスの製造に用いられる金型の製造方法、金型及びマイクロデバイスに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、各種工業製品の量産には、一般に金型が使用されている。例えば、特許文献１には、所望の製品形状の体積で２．２５～４．０倍の形状のマスター型を射出成形用型の外形が角柱状又は円柱状のキャビティー内に取り付け、金属粉末の射出成形を行い、成形体を脱脂、焼結した後、成形体の表面を研磨もしくは研削し焼結体の外形状を角柱状または円柱状とすることを特徴とする射出成形用入れ子型の製造方法が開示されている。また、特許文献２には、金属粉末と熱可塑性樹脂のバインダとを混練した混合物で成形され、バインダを除去して焼結してなることを特徴とする金型及びその製造方法が開示されている。技術の進歩に伴って、工業製品及びその構成部品は、高機能化、高性能化と共に小型化が進み、従来よりも微細な構造を有する小型機器（マイクロデバイス）が開発されるようになってきた。特に、近年では、生物の持つ機能を模倣して人工的に再現することにより、製品に新たな機能を付加するバイオミメティックス技術が注目され、医療関連機器への応用も検討されており、製品の更なる小型化、高精細化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平２－２５５０５号公報
特開平２－１２９３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び特許文献２では、まず、銅、アルミニウム、鉄又はプラスチック等の加工し易い材料で、製品形状に合わせたマスター型を作製する必要があるが、マイクロデバイスのような小型で表面に微細形状（ミクロンオーダーの凹凸）を有する製品のマスター型は、通常の切削や研磨等の機械加工で作製することが不可能である。従って、特許文献１及び特許文献２の製造方法では、マイクロデバイスに対応した金型を製造することができない。特に、特許文献２では、射出成形ではなく、型枠内に充填され加熱された成形材料に対し、マスター型を押し当てて加圧することにより成形品を作製し、脱脂焼結して金型を製造するため、金型（＝製品）の形状が単純なものに限られ、成形に時間がかかるという問題もある。また、微細形状を有するマイクロデバイスの樹脂成形は、極めて難易度が高い。
一方、高精度レーザ３次元造形システム（光造形方式の３Ｄプリンタ）を利用すれば、生物の微細な構造を模倣した製品（マイクロデバイス）の作製が可能であるが、システムが高額で製品が高価になるため、量産性及びコストの面から、一部の製品でしか実用されていない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、機械加工が困難な微細形状を有するマイクロデバイスを高精度で成形することができる金型の製造方法、金型及び高精細な微細形状を有するマイクロデバイス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】
【０００５】
前記目的に沿う第１の発明に係る金型の製造方法は、合成樹脂製のマイクロデバイスの成形に用いられる金型の製造方法であって、
前記マイクロデバイスの形状に合わせて樹脂製のマスター型が製造されるマスター型製造工程と、該マスター型製造工程で製造された前記マスター型の形状が粉末射出成形により反転転写されて金型が製造される金型製造工程とを有する。
【０００６】
ここで、粉末射出成形（ＰＩＭ）には、金属粉末にバインダとなる樹脂材料が混合されたメタルコンパウンドを用いて行われる金属射出成形（ＭＩＭ）とセラミック粉末にバインダとなる樹脂材料が混合されたセラミックスコンパウンドを用いて行われるセラミック射出成形（ＣＩＭ）が含まれる。
また、金型製造工程には、マスター型の形状が粉末射出成形により反転転写されて成形体が製造される射出成形工程と、射出成形工程で製造された成形体（グリーン体）が脱脂される（加熱により樹脂が飛ばされて金属粉体になる）脱脂工程と、脱脂工程で脱脂された成形体が焼結される（金属粉体が高温で焼き固められる）焼結工程が含まれる。焼結工程後に、表面及び外周形状の仕上げ加工が行われることにより金型が完成する。
【０００７】
第１の発明に係る金型の製造方法において、前記マスター型製造工程では、光造形により前記マスター型が製造されることが好ましい。
ここで、光造形には高精度のレーザ３次元造形システム（樹脂造形用３Ｄプリンター）が好適に用いられる。
【０００８】
第１の発明に係る金型の製造方法において、前記金型製造工程で製造される前記金型の内表面に、前記マスター型から反転転写された１μｍ～５ｍｍの深さの凹部及び／又は１μｍ～５ｍｍの高さの凸部が形成されてもよい。
ここで、凹部及び凸部の形状、数及び配置は、マイクロデバイスの用途及び機能等に応じて、適宜、選択される。凹部及び凸部の形状としては、例えば、半球状、円柱状、円錐状及び角錐状等が挙げられる。また、凹部は、断面が半円状、三角形状又は四角形状等の凹条（スリット状、溝状又は長孔状）に形成されてもよく、凸部は、断面が半円状、三角形状又は四角形状等の凸条に形成されてもよい（以上、第２、第３の発明も同様）。
【０００９】
第１の発明に係る金型の製造方法において、前記凹部が形成される前記金型の前記内表面は凹面であってもよい。
ここで、凹面の曲率半径は最大で５０μｍ程度であるが、これに限定されるものではない（以上、第２の発明も同様）。
【００１０】
前記目的に沿う第２の発明に係る金型は、合成樹脂製のマイクロデバイスの成形に用いられる金型であって、
内表面に、１μｍ～５ｍｍの深さの凹部及び／又は１μｍ～５ｍｍの高さの凸部を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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