JP2018118466A - Mold having discrete protrusion structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、離散突起構造を有する金型に関する。 The present invention relates to a mold having a discrete protrusion structure.
現在、医療品の分野、および、化粧品等の分野において、表面に微細な凹凸を有する機能フィルムや、微細貫通孔を有する機能フィルムが求められている。表面に微細な凹凸を有する機能フィルムとしては、コラーゲン等の化粧品成分を流し込みマイクロニードル形状の結晶として固化させる工程紙用のマイクロニードル（凹）形状を有するフィルムや、ニードル表面に塗布した薬液を人体に投与するためのマイクロニードル（凸）形状を有するフィルムがあげられる。また、表面に微細貫通孔を有するフィルムとしては、細胞分離や濾過等を行うフィルターがあげられる。 Currently, functional films having fine irregularities on the surface and functional films having fine through holes are required in the fields of medical products and cosmetics. The functional film having fine irregularities on the surface includes a film having a microneedle (concave) shape for a process paper to which cosmetic components such as collagen are poured and solidified as a microneedle-shaped crystal, or a chemical applied to the needle surface. And a film having a microneedle (convex) shape for administration to the skin. Examples of the film having fine through holes on the surface include filters that perform cell separation and filtration.
これらの機能フィルムを成形するために、微細突起構造を有する金型が必要とされることが多い。例えば、マイクロニードル（凹）形状を有するフィルムを成形する場合には、その反転形状であるマイクロニードル（凸）形状に相当する離散突起構造を有する金型を用い、射出やインプリント等により成形する方法がある。また、マイクロニードル（凸）形状を有するフィルムを成形する場合には、その反転形状であるマイクロニードル（凹）形状を有する金型を用い、同じく射出やインプリント等により成形する方法がある。ここで、マイクロニードル（凹）形状を有する金型を製作するために、マイクロニードル（凹）形状の反転、すなわち、製品となるマイクロニードル（凸）形状に相当する離散突起構造を有する金型をマスター金型として製作し、マスター金型である離散突起構造を有する金型から電鋳などの反転複製を行って、マイクロニードル（凹）形状の金型を製作する場合がある（例えば、特許文献１、２参照）。 In order to form these functional films, a mold having a fine protrusion structure is often required. For example, when a film having a microneedle (concave) shape is formed, a mold having a discrete protrusion structure corresponding to the inverted microneedle (convex) shape is used, and the film is formed by injection or imprinting. There is a way. In addition, when a film having a microneedle (convex) shape is formed, there is a method in which a mold having a microneedle (concave) shape, which is an inverted shape thereof, is similarly used for injection or imprinting. Here, in order to manufacture a mold having a microneedle (concave) shape, a mold having a discrete protrusion structure corresponding to the reversal of the microneedle (concave) shape, that is, the microneedle (convex) shape to be a product is used. A micro-needle (concave) -shaped mold may be manufactured by performing reverse replication such as electroforming from a mold having a discrete protrusion structure, which is a master mold, as a master mold (for example, Patent Documents) 1 and 2).
また、微細貫通孔を有するフィルムを成形する場合、離散突起構造を有する金型を加熱し、積層構造体に押し当てることにより、貫通孔を形成する方法がある（例えば、特許文献３、参照）。 In addition, when a film having fine through holes is formed, there is a method of forming through holes by heating a mold having a discrete protrusion structure and pressing it against a laminated structure (for example, see Patent Document 3). .
このように、マイクロニードルのような微細凹凸形状を有するフィルムの成形は、樹脂の流動性を用いた射出やインプリント等の成形によって行われることが多く、型形状に対する賦形性の高い成形が行われる。また、マスター金型である離散突起構造を有する金型から電鋳などの反転複製を行う場合にも、その転写性が高いことが知られている。すなわち、これらの方法において、マイクロニードルのような微細な凹凸を有する機能フィルムを成形する場合、元となる離散突起構造を有する金型の形状は製品の凹凸形状を決める重要な構成要素である。 As described above, the formation of a film having a micro uneven shape such as a microneedle is often performed by molding such as injection or imprint using the fluidity of a resin, and molding with high moldability to the mold shape is performed. Done. It is also known that the transferability is high when reverse replication such as electroforming is performed from a mold having a discrete projection structure which is a master mold. That is, in these methods, when a functional film having fine irregularities such as microneedles is formed, the shape of the mold having the original discrete projection structure is an important component that determines the irregular shape of the product.
また、微細貫通孔を有する機能フィルムを成形する場合、樹脂の流動性を用いたインプリント等の成形によって行われるため、離散突起構造を有する金型の形状が微細孔の形状や配列を決定する重要な構成要素となるほか、突起構造の高さや、先端部の形状が、製品の厚みや貫通性の良否といった成形性に影響する重要な構成要素となる。 In addition, when a functional film having fine through-holes is formed, the shape of the mold having the discrete protrusion structure determines the shape and arrangement of the fine holes because it is performed by molding such as imprint using the fluidity of the resin. In addition to being an important component, the height of the protrusion structure and the shape of the tip are important components that affect the moldability such as the thickness of the product and the quality of penetrability.
このような離散突起構造を有する金型の製法として、特許文献１には、２以上の方向からのワイヤカットにより、錐または錐台形状からなる離散突起構造を有する金型を製造する方法が開示されている。また、特許文献２には、２方向から切削又は研削による溝加工を施すことにより形成した略四角錐台形状に、後工程にてエッチングを行い、先端部分を細らせて鋭利化する金型の製造方法が開示されている。 As a method of manufacturing a mold having such a discrete protrusion structure, Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a mold having a discrete protrusion structure having a conical or frustum shape by wire cutting from two or more directions. Has been. Further, Patent Document 2 discloses a die that sharpens by sharpening the tip portion by etching into a substantially square frustum shape formed by grooving by cutting or grinding from two directions. A manufacturing method is disclosed.
また、特許文献３には、このような離散突起構造を有する金型構造の例として、錐形状と円柱形状の連結構造や、角錐型と四角柱を組み合わせた金型構造が開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a die structure having such a discrete protrusion structure, such as a conical shape and a cylindrical connecting structure, and a die structure in which a pyramid shape and a quadrangular prism are combined.
特許文献１に記載のような錐または錐台形状からなる離散突起構造を有する金型においては、突起全体が錐又は錐台形状であることから、突起底面の広がりが大きく、単位面積あたりの突起個数を十分大きくし難い。このような離散突起構造を有する金型を用いてマイクロニードルを成形した場合、マイクロニードル底面の広がりが大きく、単位面積あたりのマイクロニードル本数を十分大きくすることができず、単位面積あたりの薬液や化粧品等の保持量が十分得られ難いという課題があった。 In a mold having a discrete projection structure having a conical or frustum shape as described in Patent Document 1, since the entire projection is a frustum or frustum shape, the bottom of the projection is large, and the projection per unit area It is difficult to make the number sufficiently large. When microneedles are molded using a mold having such a discrete protrusion structure, the bottom of the microneedles is large and the number of microneedles per unit area cannot be sufficiently increased. There was a problem that it was difficult to obtain a sufficient amount of cosmetics or the like.
単純に、離散突起構造を、底面積を小さな円錐形状とした場合、突起先端部が尖鋭となりすぎて、金型として十分な強度が得られ難く、また成形したマイクロニードルにおいても、突き刺し時に十分な強度が得られ難いという課題があった。 Simply, when the discrete protrusion structure has a conical shape with a small bottom area, the protrusion tip is too sharp and it is difficult to obtain sufficient strength as a mold, and the molded microneedle is also sufficient for piercing. There was a problem that it was difficult to obtain strength.
また、ワイヤカット加工によって離散突起構造を形成することから、突起の先端には平坦部が形成されやすく、このような金型をもってマイクロニードルを成形した場合、先端の尖鋭さが不足し十分な穿刺性が得られにくいという課題があった。 In addition, since the discrete protrusion structure is formed by wire cutting, a flat portion is likely to be formed at the tip of the protrusion, and when the microneedle is formed with such a mold, the tip is not sharp and sufficient puncture is performed. There was a problem that it was difficult to obtain the properties.
特許文献２に記載のような、略四角錐台の先端部を鋭利化した離散突起構造を有する金型においては、先端形状がエッチングによって作られるものであり、先端部形状の任意性に乏しく、使用時に欠けが生じやすいなどの課題があった。また、特許文献２に記載のように、切削または研削という機械加工と、エッチング加工との両方を行う必要があり、工程が煩雑なため金型製作効率が悪いという課題があった。また、このような離散突起構造を有する金型を用いてマイクロニードルを成形した場合、成形したマイクロニードルにおいても、先端の尖鋭部が欠損しやすいなどの課題があった。 In a mold having a discrete protrusion structure with a sharpened tip portion of a substantially quadrangular pyramid as described in Patent Document 2, the tip shape is made by etching, and the tip portion shape is not arbitrarily defined, There were problems such as chipping during use. Further, as described in Patent Document 2, it is necessary to perform both machining such as cutting or grinding and etching, and there is a problem that the die manufacturing efficiency is poor because the process is complicated. Further, when the microneedle is molded using a mold having such a discrete protrusion structure, there is a problem that the sharp portion of the tip tends to be lost even in the molded microneedle.
特許文献３には、角錐型と四角柱を組み合わせた金型構造が開示されているものの、その配列や詳細な形状が十分明らかとなっていない。このような金型を用いて、貫通孔を有するフィルムを成形する場合、開孔率が高いほど、フィルターとしての分離速度を大きくできるが、特許文献３に記載の金型ではこの点につき適正化がはかられていなかった。 Although Patent Document 3 discloses a mold structure in which a pyramid shape and a quadrangular prism are combined, its arrangement and detailed shape are not sufficiently clear. When a film having a through hole is formed using such a mold, the separation rate as a filter can be increased as the aperture ratio is higher. However, the mold described in Patent Document 3 is optimized in this respect. It wasn't removed.
上記課題を解決する本発明の離散突起構造を有する金型は、プレート表面に規則的に配置された突起を有する金型であって、該突起は角錐形状からなる尖鋭部と該尖鋭部の土台となる角柱部から構成され、
前記尖鋭部の幅をａ１、尖鋭部の高さをｈ１、突起のピッチをＰ、前記角柱部の幅をａ２、および角柱部の高さをｈ２としたとき、以下の式（ｉ）〜（iii）を満足することを特徴とする離散突起構造を有する。
Ｐ／ａ１≦２．５・・・（ｉ）
（ｈ１＋ｈ２）／ａ２≧２・・・（ii）
ｈ１＜ｈ２・・・（iii）。
A mold having a discrete projection structure according to the present invention for solving the above-mentioned problems is a mold having projections regularly arranged on a plate surface, and the projection has a pointed portion having a pyramid shape and a base of the pointed portion. It consists of a prismatic part that becomes
When the width of the sharp part is a1, the height of the sharp part is h1, the pitch of the protrusion is P, the width of the prism is a2, and the height of the prism is h2, the following formulas (i) to ( It has a discrete protrusion structure characterized by satisfying iii).
P / a1 ≦ 2.5 (i)
(H1 + h2) / a2 ≧ 2 (ii)
h1 <h2 (iii).
また、発明の離散突起構造を有する金型は、以下の特徴を有することが好ましい。
・前記角柱部の幅ａ２が以下の式を満足する。
ａ２≦５０μｍ。
・前記角柱部の底面形状が三、四、六、八角形のいずれかである。
・前記尖鋭部の頂点がＲを有し、このＲが以下の式を満足する。
Ｒ≦ａ１／４
Moreover, it is preferable that the metal mold | die which has the discrete protrusion structure of invention has the following characteristics.
-The width | variety a2 of the said prismatic part satisfies the following formula | equation.
a2 ≦ 50 μm.
-The shape of the bottom of the prismatic part is any of three, four, six, and octagon.
The apex of the sharp part has R, and this R satisfies the following formula.
R ≦ a1 / 4
本発明によれば、プレート表面に規則的に配置された突起を有する金型であって、該突起は角錐形状からなる尖鋭部と該尖鋭部の土台となる角柱部から構成され、前記尖鋭部の幅をａ１、尖鋭部の高さをｈ１、突起のピッチをＰ、前記角柱部の幅をａ２、角柱部の高さをｈ２としたとき、以下の式（ｉ）〜（iii）を満足することを特徴とする離散突起構造を有する金型を提供することにより、単位面積当たりの薬品保持量が大きく、かつ、形状保持性の高いマイクロニードルや、高開孔率で形状精度のよいフィルターなどの機能フィルムを効率的に成形することができる。
Ｐ／ａ１≦２．５・・・（ｉ）
（ｈ１＋ｈ２）／ａ２≧２・・・（ii）
ｈ１＜ｈ２・・・（iii）
According to the present invention, there is provided a mold having protrusions regularly arranged on a plate surface, the protrusions including a sharp portion having a pyramid shape and a prism portion serving as a base of the sharp portion, the sharp portion. The following formulas (i) to (iii) are satisfied, where a1 is the height, the height of the sharp portion is h1, the pitch of the protrusion is P, the width of the prism is a2, and the height of the prism is h2. By providing a mold having a discrete protrusion structure, a microneedle having a large amount of chemicals to be retained per unit area and having a high shape retaining property, and a filter having a high opening ratio and good shape accuracy The functional film such as can be efficiently formed.
P / a1 ≦ 2.5 (i)
(H1 + h2) / a2 ≧ 2 (ii)
h1 <h2 (iii)
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の離散突起構造を有する金型の突起について説明する概略図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は上面図である。本発明の離散突起を有する金型１０における突起２０とは、プレート２３表面に突出した構造物のことである。また突起２０は角錐形状からなる尖鋭部２１と、その土台となる角柱部２２から構成される。このように、尖鋭部と角柱部から構成されることにより、尖鋭部において穿刺性を持ちながら十分な強度を持つ構造とすることができ、また、土台を角柱部とすることによって、個々の突起の広がりを抑え、突起を密に配置することが可能となる。突起２０はプレート２３表面に規則的に配置されていることが好ましい。配置されている突起２０の尖鋭部２１や角柱部２２は互いに異なる形状であってもよいが、同じ形状であることが好ましい。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIGS. 1A and 1B are schematic views for explaining a protrusion of a mold having a discrete protrusion structure according to the present invention. FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a top view. The
尖鋭部２１において、プレート表面からの距離が最大になる点を頂点と呼ぶ。本発明の離散突起構造を有する金型１０の突起２０のピッチＰとは、プレート２３表面に配置された突起２０の頂点の繰り返し間隔のうち、最も狭くなる方向にとった間隔のことをいい、ピッチを定める方向と平行に切断した面を突起の断面という。
A point at which the distance from the plate surface is maximum in the
図２は本発明における離散突起構造の細部について説明する概略断面図である。図２は、離散突起構造の頂点を通り、ピッチ方向に平行に切断した突起の断面図である（以下、単に突起の断面という場合は、この断面のことをいう）。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining details of the discrete protrusion structure in the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the protrusion that passes through the apex of the discrete protrusion structure and is cut in parallel to the pitch direction (hereinafter, the section of the protrusion is simply referred to as this section).
本発明における突起構造は図２に示すように、突起の断面において、プレート表面から頂点にかけて、突起の幅が連続的または離散的に漸減する形状を有するものとする。 As shown in FIG. 2, the protrusion structure in the present invention has a shape in which the width of the protrusion is gradually or discretely reduced from the plate surface to the apex in the cross section of the protrusion.
本発明における突起構造は図２に示すように、突起の断面における外形線と、プレート表面の垂線とのなす角度により、尖鋭部２１と、角柱部２２とに分けられる。離散突起構造の頂点を含み、突起の断面における外形線と、プレート表面の垂線とのなす角度が５度より大きい範囲の部分を尖鋭部２１という。図２では２段のみを示したが、３段以上の多段構造においても、離散突起構造の頂点を含み、突起の断面における外形線と、プレート表面の垂線とのなす角度が５度より大きい範囲の部分を尖鋭部とする。尖鋭部の強度を確保するために、離散突起構造の頂点を含み、突起の断面における外形線と、プレート表面の垂線とのなす角度は３０度以上９０度以下であることがより好ましい。突起の断面の左右で外形線の傾きが異なる場合、プレート表面の垂線とのなす角度が大きい側の外形線において、この関係を満たすものとする。
As shown in FIG. 2, the protrusion structure in the present invention is divided into a
また、角柱部２２とは、尖鋭部とプレート表面との間の部分をいう。角柱部は実質的に角柱と見なせる部分であればよく、突起の断面における外形線とプレート表面の垂線とのなす角度が０度以上５度以下である、いわゆる角錐台形状であってもよい。また、角柱部の一部に、突起の断面における外形線とプレート表面の垂線とのなす角度が５度以上となる部分があっても、角柱部全体において、突起の断面における外形線とプレート表面の垂線とのなす角度の平均値が５度以下であれば、角柱部と見なしてよい。突起を密に配置するためには、突起の断面における外形線とプレート表面の垂線とのなす角度は０度以上３度以下であることがより好ましい。角柱部と尖鋭部との間で、突起の断面形状における外形線が、図２のように屈曲点を有することは特に好ましい態様である。
Further, the
本発明の突起構造における尖鋭部の幅ａ１とは、突起の断面における、尖鋭部の最下部の幅のことをいう。また、本発明の突起構造における尖鋭部の高さｈ１とは、尖鋭部の最下部から頂点までの、プレート垂線方向長さのことをいう。 The width a1 of the sharp portion in the protrusion structure of the present invention refers to the width of the lowermost portion of the sharp portion in the cross section of the protrusion. Further, the height h1 of the sharp portion in the projection structure of the present invention means the length in the plate perpendicular direction from the lowest portion to the apex of the sharp portion.
本発明の突起構造における角柱部の幅ａ２とは、突起の断面において、プレート面と接する部分の幅のことをいう。また、本発明の突起構造における角柱部の高さｈ２とは、角柱部の最上部（すなわち尖鋭部の最下部）からプレート面までのプレート垂線方向の長さのことをいう。 The width a2 of the prism portion in the protrusion structure of the present invention refers to the width of the portion in contact with the plate surface in the protrusion cross section. In addition, the height h2 of the prism portion in the projection structure of the present invention refers to the length in the plate normal direction from the uppermost portion of the prism portion (that is, the lowermost portion of the sharp portion) to the plate surface.
本発明の突起構造における角柱部の底面形状とは、プレート面における、角柱部の形状のことをいう。本発明において、突起のピッチと角錐形状からなる尖鋭部の幅の関係が、Ｐ／ａ１≦２．５であることが好ましい。すなわち、突起のピッチと角錐形状からなる尖鋭部の幅の関係が、Ｐ／ａ１≦２．５であることは、プレート表面において、突起が密に配置されている構造であることを意味する。ここで、Ｐ／ａ１≦２．５であることにより、マイクロニードルの外形を小さくすることができ、効率的に薬品を人体へ投与することが可能になる。また尖鋭部があることによって、穿刺性を向上させることが可能になる。また分離フィルターにおいては貫通孔を密に配置することが可能になり、効率よく対象物を分離することができる。 The bottom shape of the prismatic part in the protruding structure of the present invention refers to the shape of the prismatic part on the plate surface. In the present invention, the relationship between the pitch of the protrusions and the width of the sharp portion formed of a pyramid shape is preferably P / a1 ≦ 2.5. That is, the relationship between the pitch of the protrusions and the width of the sharp portion formed of a pyramidal shape is P / a1 ≦ 2.5 means that the protrusions are densely arranged on the plate surface. Here, when P / a1 ≦ 2.5, the outer shape of the microneedle can be reduced, and the medicine can be efficiently administered to the human body. Further, the presence of the sharp portion can improve the puncture property. In the separation filter, the through holes can be arranged densely, and the object can be separated efficiently.
本発明において、（ｈ１＋ｈ２）／ａ２≧２であることが好ましい。すなわち、（ｈ１＋ｈ２）／ａ２≧２であることは、マイクロニードルにおいて、薬品の保持量が増加することを意味する。マイクロニードル一本当たりの薬品の保持量が増加することで、効率的な薬品投与が可能になる。分離フィルターにおいては、貫通可能な厚みが増すため、厚みのあるフィルターを作製することが可能になる。 In the present invention, it is preferable that (h1 + h2) / a2 ≧ 2. That is, (h1 + h2) / a2 ≧ 2 means that the amount of chemicals retained in the microneedle is increased. An increase in the amount of drug held per microneedle enables efficient drug administration. In the separation filter, since the penetrable thickness is increased, a thick filter can be manufactured.
本発明において、角柱部の幅が５０μｍ以下であることが好ましい。すなわち、本発明における突起が微細であることを意味する。このように突起が微細であることにより、マイクロニードルの穿刺性が向上し、皮膚への穿刺において刺激が低減し、痛みを抑えることができる。分離フィルターにおいては、孔径が微細であることから、各種細胞など対象物のサイズに合わせて分離することができる。 In the present invention, the width of the prism portion is preferably 50 μm or less. That is, the projection in the present invention is fine. Since the protrusions are fine as described above, the puncture property of the microneedle is improved, the stimulation is reduced in puncturing the skin, and pain can be suppressed. In the separation filter, since the pore diameter is fine, it can be separated according to the size of the object such as various cells.
本発明の突起において、尖鋭部と角柱部は、穿刺性を損なわず、密に配置するために、図３（ａ）〜（ｈ）に示すような突起の断面形状を有することができる。突起の断面における外形線と、プレート表面の垂線とのなす角度が０度からなる角柱部の組み合わせ（図３（ａ）〜（ｃ））や、突起の断面における外形線と、プレート表面の垂線とのなす角度が０度よりも大きい角柱部を含む組み合わせ（図３（ｄ）〜（ｆ））、または曲面を有する（図３（ｇ）〜（ｈ））などがある。 In the projection of the present invention, the sharp portion and the prism portion can have a sectional shape of the projection as shown in FIGS. 3A to 3H in order to arrange them closely without impairing the puncture property. Combinations of prismatic sections (Figs. 3 (a) to 3 (c)) in which the angle formed between the outline in the cross section of the protrusion and the perpendicular to the plate surface is 0 degrees, the outline in the cross section of the protrusion and the perpendicular to the plate surface There are combinations (FIGS. 3D to 3F) including a prism portion having an angle greater than 0 degrees, or curved surfaces (FIGS. 3G to 3H).
図４（ａ）〜（ｈ）は本発明の離散突起構造を有する金型の角柱部の底面を模式的に例示するものである。本発明において、角柱部の底面が三、四、六、八角形のいずれかであることが好ましい。角柱部の底面が三、四、六、八角形のいずれかであることで、プレート表面に突起を最密に配置することができる。 4A to 4H schematically illustrate the bottom surface of a prismatic part of a mold having a discrete protrusion structure according to the present invention. In the present invention, it is preferable that the bottom surface of the prismatic part is any one of three, four, six and octagons. Since the bottom surface of the prism portion is any one of the three, four, six, and octagonal shapes, the protrusions can be arranged closest to the plate surface.
図５は本発明の離散突起構造を有する金型の尖鋭部を模式的に例示するものである。本発明において、尖鋭部の頂点はＲを有し、その範囲はＲ≦ａ１／４であることが好ましい。好ましいＲの範囲としては、０．０１μｍ〜１μｍである。頂点がＲを有していることで、 貫通孔を形成する際、突き刺し時における折損リスクを低減することができる。 FIG. 5 schematically illustrates the sharp part of the mold having the discrete protrusion structure of the present invention. In the present invention, the apex of the sharp portion has R, and the range is preferably R ≦ a1 / 4. A preferable range of R is 0.01 μm to 1 μm. Since the apex has R, the risk of breakage at the time of piercing can be reduced when the through hole is formed.
次に、本発明の離散突起構造を有する金型の突起の製作方法の一例を、図６を用いて説明する。プレート２３の表面（図６（ａ））を工具によって１方向から切削加工し溝を形成する（図６（ｂ））。その後、工具を９０度回転させ、再度プレート２３表面を２方向目から切削加工する（図６（ｃ））。その後、深さ方向に段階的に切削加工し（図６（ｄ））、プレート２３に突起２０を形成（図６（ｅ））することができる。ダイヤモンドバイトを使用することで、細い幅の溝加工が可能で、回転工具によって作製するよりも緻密に高アスペクト形状をプレート２３表面に配置できる。
Next, an example of a method for producing a mold protrusion having a discrete protrusion structure according to the present invention will be described with reference to FIG. The surface of the plate 23 (FIG. 6A) is cut from one direction with a tool to form a groove (FIG. 6B). Thereafter, the tool is rotated 90 degrees, and the surface of the
本発明の離散突起構造を有する金型を構成する材質は特に制限されるものではない。金型の製作に際して、突起部はめっき層に対して形成するのが好ましい。よって切削加工を施す対象となる金型の表面または領域に対して、無電解Ｎｉ−Ｐめっき加工等のめっき加工を施すのが好ましい。これは、めっき加工を施すことで金型の耐食性、及び耐摩耗性を大幅に向上させ、その後の切削加工においても高精度な加工が可能になるためである。めっき加工におけるめっき膜厚は、形成する溝の深さや使用目的に応じて適宜設定可能である。他にも金型の材質として、銅やアルミの合金、ガラス、シリコン、ステンレス鋼、など各種材料を利用できる。切削加工によって製作する手法では、工具をめっき上に走査させ突起部を金型表面に形成する。切削加工の際に、突起部が形成されるよう、工具軌跡は好ましくは２方向以上から走査することが望ましい。形成したい突起部の形状に合わせ、工具軌跡を適宜設定すればよい。 The material which comprises the metal mold | die which has the discrete protrusion structure of this invention is not restrict | limited in particular. In manufacturing the mold, it is preferable to form the protrusion on the plating layer. Therefore, it is preferable to perform plating such as electroless Ni—P plating on the surface or region of the mold to be cut. This is because the corrosion resistance and wear resistance of the mold are greatly improved by performing plating, and high-precision processing is possible in subsequent cutting. The plating film thickness in the plating process can be appropriately set according to the depth of the groove to be formed and the purpose of use. In addition, various materials such as copper and aluminum alloys, glass, silicon, and stainless steel can be used as mold materials. In the method of manufacturing by cutting, a tool is scanned on the plating to form a protrusion on the mold surface. The tool trajectory is preferably scanned from two or more directions so that projections are formed during cutting. The tool trajectory may be set as appropriate in accordance with the shape of the protrusion to be formed.
上記の切削加工によれば、金型を様々な形状に切削することができ、これにより本金型を用いた成形品も様々な形状に形成することができる。例えば、成形部分に形成される凸形状あるいは凹形状が、三角錐、四角錐、六角錐、八角錐等の多角錐が形成可能になる。
金型の製作方法は、金属表面への直接切削やレーザー加工、電子線加工を施工する方法、金属表面に形成しためっき層に直接切削やレーザー加工や電子線加工を施工する方法、これらに電気鋳造を施す方法などが挙げられる。また、レジストを基板の上に塗布した後、フォトリソグラフィー手法によって所定のパターンニングでレジストを形成した後、基板をエッチング処理し、レジスト除去後に電気鋳造でその反転パターンを得る方法などが挙げられる。異方性エッチングを適用することにより凹み状のパターンを得ることができる。 基板としては金属板の他にシリコン基板等も適用できる。
According to said cutting, a metal mold | die can be cut into various shapes, Thereby, the molded article using this metal mold | die can also be formed in various shapes. For example, the convex shape or the concave shape formed in the molded part can form a polygonal pyramid such as a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, a hexagonal pyramid, or an octagonal pyramid.
The mold manufacturing method includes direct cutting, laser processing, and electron beam processing on the metal surface, direct cutting, laser processing, and electron beam processing on the plating layer formed on the metal surface. The method of casting is mentioned. Moreover, after apply | coating a resist on a board | substrate, after forming a resist by predetermined patterning with a photolithographic technique, the board | substrate is etched, The method of obtaining the inversion pattern by electroforming after resist removal etc. is mentioned. A concave pattern can be obtained by applying anisotropic etching. As the substrate, a silicon substrate or the like can be applied in addition to the metal plate.
金型に加工する際に使用する工作機械には精密切削加工が可能なものが好ましい。使用する工具刃先の材質は高速度鋼や超硬合金、あるいはサーメット、セラミックス等の材質を任意に設定できるが、精密かつ超微細な切削加工を施すことを考慮すれば、ダイヤモンドバイトを使用すること望ましい。 A machine tool that can be used for machining into a mold is preferably one that can be precisely cut. The tool cutting edge material used can be any material such as high-speed steel, cemented carbide, cermet, ceramics, etc., but if you consider precise and ultra-fine cutting, use a diamond tool. desirable.
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.
（実施例１）
プレートとしてステンレス板の表面に、快削性を有するＮｉを主体とした材料を厚さ１００μｍ程度被覆した。その後、ダイヤモンドバイトによってＮｉ部分を３方向から切削加工し、プレート表面に尖鋭部を形成した。その後、深さ方向に段階的に切削加工し角柱部を形成し、下記の形状を得た。
尖鋭部の形状 ：六角錐
尖鋭部の高さｈ１ ：４μｍ
尖鋭部の幅ａ１ ：８．３μｍ
角柱部の底面形状 ：六角形
角柱部の高さｈ２ ：２４μｍ
角柱部の幅ａ２ ：９．４μｍ
突起高さ ：２８μｍ
突起のピッチ ：１７μｍ
サイズ ：２５ｍｍ×２５ｍｍ（パターン領域）。
Example 1
As a plate, the surface of a stainless steel plate was coated with a material mainly composed of Ni having free machinability to a thickness of about 100 μm. Thereafter, the Ni portion was cut from three directions with a diamond tool to form a sharp portion on the plate surface. Thereafter, cutting was performed stepwise in the depth direction to form a prismatic portion, and the following shape was obtained.
Shape of sharp part: height of hexagonal pyramid sharp part h1: 4 μm
Sharp part width a1: 8.3 μm
Bottom shape of prismatic part: height h2 of hexagonal prismatic part: 24 μm
Square column width a2: 9.4 μm
Projection height: 28 μm
Protrusion pitch: 17 μm
Size: 25 mm × 25 mm (pattern area).
得られた金型をキーエンス（株）製レーザー顕微鏡（ＶＫ−８５１０）を用いて観察し、得られた断面形状プロファイルを図７に示す。図７に示すように、得られた金型は尖鋭部を有し、高アスペクトな突起が密に配置されていた。（（Ｐ／ａ１＝２．０５）、（ｈ１＋ｈ２）／ａ２＝２．８６）。 The obtained metal mold | die was observed using the Keyence Corporation laser microscope (VK-8510), and the obtained cross-sectional profile is shown in FIG. As shown in FIG. 7, the obtained mold had a sharp portion, and high aspect protrusions were densely arranged. ((P / a1 = 2.05), (h1 + h2) /a2=2.86).
本発明の離散突起構造を有する金型は高アスペクトであり、突起構造が密に配置されていることから、本発明の金型により得られた成形品は、細胞分離、濾過膜、ガス透過等の機能を有するフィルター、超撥水フィルム、防汚フィルム、マイクロニードルなどに用いることができる。 Since the mold having the discrete protrusion structure of the present invention has a high aspect and the protrusion structure is densely arranged, the molded product obtained by the mold of the present invention can be used for cell separation, filtration membrane, gas permeation, etc. It can be used for filters having the above functions, super water-repellent films, antifouling films, microneedles and the like.
１０：離散突起構造を有する金型
２０：突起
２１：尖鋭部
２２：角柱部
２３：プレート
ａ１：尖鋭部の幅
ａ２：角柱部の幅
ｈ１：尖鋭部の高さ
ｈ２：角柱部の高さ
Ｐ：突起のピッチ
10:
Claims (4)
前記尖鋭部の幅をａ１、尖鋭部の高さをｈ１、突起のピッチをＰ、前記角柱部の幅をａ２、および角柱部の高さをｈ２としたとき、以下の式（ｉ）〜（iii）を満足する離散突起構造を有する金型。
Ｐ／ａ１≦２．５・・・（ｉ）
（ｈ１＋ｈ２）／ａ２≧２・・・（ii）
ｈ１＜ｈ２・・・（iii） A mold having protrusions regularly arranged on the surface of the plate, the protrusions including a sharpened portion having a pyramid shape and a prism portion serving as a base of the sharpened portion,
When the width of the sharp part is a1, the height of the sharp part is h1, the pitch of the protrusion is P, the width of the prism is a2, and the height of the prism is h2, the following formulas (i) to ( A mold having a discrete protrusion structure that satisfies iii).
P / a1 ≦ 2.5 (i)
(H1 + h2) / a2 ≧ 2 (ii)
h1 <h2 (iii)
ａ２≦５０μｍ The metal mold | die which has the discrete protrusion structure of Claim 1 whose width | variety a2 of the said prismatic part satisfy | fills the following formula | equation.
a2 ≦ 50μm
Ｒ≦ａ１／４ The metal mold | die which has the discrete protrusion structure in any one of Claims 1-3 in which the vertex of the said sharp part has R, and this R satisfies the following formula | equation.
R ≦ a1 / 4
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