トップ :: B 処理操作 運輸 :: B21 本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き

【発明の名称】 微細パターン形成方法及び微細パターン形成金属シートの製造方法
【発明者】 【氏名】藤井 康之

【氏名】前田 恭志

【要約】 【課題】微細パターンの形成加工をより簡素化する

【構成】被加工材14よりも軟らかく、かつ膜状、箔状、シート状、板状その他の2次元的な広がりをもつ形態を有する補助材12を用いる。被加工材14と補助材12とが重ね合わせられた積層体10に型30を押し付け、補助材12を塑性変形させつつ被加工材14に微細パターンを形成する。積層体10と型30を重ね合わせて圧延ロール間に通すことにより、被加工材14に微細パターンを形成する。微細パターンの形成後、被加工材14から補助材12を分離させる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
膜状、箔状、シート状、板状その他の2次元的な広がりをもつ形態を有する被加工材に微細パターンを形成する方法であって、
前記被加工材よりも軟らかく、かつ膜状、箔状、シート状、板状その他の2次元的な広がりをもつ形態を有する補助材を用い、
前記被加工材と前記補助材とが密着、接着、積層又は重ね合わせられた積層体に型を押し付け、前記補助材を塑性変形させつつ前記被加工材に微細パターンを形成する微細パターン形成方法。
【請求項2】
前記積層体に前記型を重ね合わせ、これをロール間に通すことで前記型を前記積層体に押し付ける請求項1に記載の微細パターン形成方法。
【請求項3】
前記型は、圧下用の一対のロールのうち、少なくとも一方のロールの表面に設けられ、
前記積層体を、前記一対のロール間に通して前記被加工材に微細パターンを形成する請求項1に記載の微細パターン形成方法。
【請求項4】
前記被加工材及び前記補助材の少なくとも一方は金属製である請求項1から3に記載の微細パターン形成方法。
【請求項5】
前記被加工材及び前記補助材のうち金属製であるものは、溶融めっき、電気めっき若しくは無電解めっきによって形成された薄膜又は気相合成された薄膜からなる請求項4に記載の微細パターン形成方法。
【請求項6】
前記被加工材及び前記補助材の一方は金属薄膜からなり、もう一方はアルミニウムからなる請求項5に記載の微細パターン形成方法。
【請求項7】
前記金属製の薄膜はニッケルからなる請求項5又は6に記載の微細パターン形成方法。
【請求項8】
金属製の被加工材を用いて請求項1から7の何れか1項に記載の微細パターン形成方法により前記被加工材に微細パターンを形成し、
前記被加工材から前記補助材を分離させる微細パターン形成金属シートの製造方法。
【請求項9】
前記補助材はアルミニウムからなり、この補助材を溶解、溶融又はエッチングにより除去して前記被加工材から分離させる請求項8に記載の微細パターン形成金属シートの製造方法。
【請求項10】
前記被加工材はニッケルからなる請求項9に記載の微細パターン形成金属シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、微細パターン形成方法及び微細パターン形成金属シートの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、被加工材に微細パターンを形成する加工方法として、特許文献1に開示されているようにポンチとダイスを用いてプレス加工することが知られている。この特許文献1には、ダイス穴を有しないダイス素材に微細パターン形成用のポンチでダイス穴を形成することが開示されているが、その穴あけ方法として、ポンチをダイス素材に押し付けてダイス穴を開ける方法と、ポンチとダイス素材との間で放電を起こさせてダイス素材にダイス穴を開ける方法と、が記載されている。ポンチでダイス穴を形成することで50μm以下の穴あけ加工を精度よく行うことができるとされ、放電によるダイス穴の形成では、ポンチが損傷を受けないので10万回程度の打抜きが可能となるとされている。
【0003】
その他50μm以下の穴あけが可能な加工方法としてレーザ加工、放電加工、リソグラフィ加工等があるが、レーザ加工では、本質的に熱溶融による加工であるため、被加工材の材質に与える損傷が大きく、また穴形状がストレートではなく円錐面になるという問題点がある。また放電加工では、被加工材が電気伝導性の良い材料に限られるという問題がある。またリソグラフィ加工では、穴形状がエッチング液の特性に大きく左右されるという問題がある。さらにこれらの加工方法では、ポンチを押し付けて被加工材に微細穴を形成するプレス加工に比べて加工時間が大幅に長くなるという問題がある。特許文献1では、これら問題点を解決できる方法として、ポンチを用いたプレス加工を採用し、前述したようにダイス素材にダイス穴を開ける方法を採用している。
【0004】
一方、特許文献2には、微細穴を対象としたものではないが、ポンチとダイスを用いた被加工材の打ち抜き加工方法が開示されている。この特許文献2では、被加工材の板厚や材質により最適なクリアランスが変わるという問題を解決するために、1つのポンチに対して大きさの異なる複数のダイス穴を有するダイスを用い、ポンチとダイス穴の適切な組み合わせを選択することで最適なクリアランスが得られるようにしている。
【特許文献1】特開2004−114228号公報
【特許文献2】特開平5−76954号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記特許文献に開示された従来の加工方法では、いずれもポンチとダイスを用いるので、少なくとも穴あけ加工前にはダイスにダイス穴が開いているようにしなければならない。このため、穴あけ加工前の準備段階が煩雑なものにならざるを得ない。したがって、従来の加工方法においては、微細パターンの形成加工工程をさらに簡素化できる余地がまだ残されている。
【0006】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、微細パターンの形成加工をより簡素化することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の目的を達成するため、本発明は、膜状、箔状、シート状、板状その他の2次元的な広がりをもつ形態を有する被加工材に微細パターンを形成する方法であって、前記被加工材よりも軟らかく、かつ膜状、箔状、シート状、板状その他の2次元的な広がりをもつ形態を有する補助材を用い、前記被加工材と前記補助材とが密着、接着、積層又は重ね合わせられた積層体に型を押し付け、前記補助材を塑性変形させつつ前記被加工材に微細パターンを形成する。
【0008】
本発明では、微細パターンを形成する被加工材よりも軟らかい補助材と当該被加工材とが密着、接着、積層又は重ね合わられた積層体に型を押し付けて、補助材を塑性変形させて微細パターンを形成するようにしているので、ダイスを用いた加工方法と異なり、微細パターン形成加工の前に予めダイス穴を形成しておかなければならないという事態を回避することができる。このため、型に応じた形状のダイス穴を形成するという準備段階での手間を省くことができ、微細パターンを形成するための加工工程を簡素化することができる。
【0009】
また、本発明では、型の押し付けによって補助材が塑性変形することで被加工材に微細パターンが形成されるので、ポンチとダイスの位置合わせが問題となることはなく、しかも被加工材の板厚や材質に応じてダイスのクリアランスを設定しなければならないという問題も生じることはない。また微細パターンを形成するのに際して型を押し付けるだけなので、レーザ加工、放電加工、リソグラフィ加工等のような問題が生ずることもなく、またこれら加工方法に比べ、加工コストを抑えることができる。
【0010】
ここで、前記積層体に前記型を重ね合わせ、これをロール間に通すことで前記型を前記積層体に押し付けるようにしてもよい。
【0011】
この態様では、積層体及び型をロール間に通すことで被加工材に微細パターンを形成するので、既存の圧下加工用装置を使用することが可能となり、微細パターンが形成された型を新たに用意するだけでよくなる。このため、微細パターン形成用の装置としてなるべく改良、追加をしなくてもいいようにことができる。
【0012】
一方、前記型が、圧下用の一対のロールのうち、少なくとも一方のロールの表面に設けられる場合には、前記積層体を前記一対のロール間に通して前記被加工材に微細パターンを形成するようにしてもよい。
【0013】
この態様では、被加工材の長さに応じた型を用意しなくても、被加工材を連続的に圧下することが可能となる。この結果、短時間で大量の加工を低コストで行うことが可能となる。
【0014】
前記被加工材及び前記補助材の少なくとも一方は金属製であるのが好ましい。
【0015】
そして、前記被加工材及び前記補助材のうち金属製であるものは、溶融めっき、電気めっき若しくは無電解めっきによって形成された薄膜又は気相合成された薄膜からなるのが好ましい。
【0016】
この態様において、被加工材が金属薄膜からなる場合には、被加工材として非常に薄いものを得ることができ、一方、補助材が金属薄膜からなる場合には、本来は不要な補助材をできるだけ少なく抑えることができる。
【0017】
前記被加工材及び前記補助材の一方は金属薄膜からなり、もう一方はアルミニウムからなるものであってもよい。
【0018】
そして、前記金属製の薄膜はニッケルからなるものであってもよい。
【0019】
また、本発明は、金属製の被加工材を用いて前記微細パターン形成方法により前記被加工材に微細パターンを形成し、前記被加工材から前記補助材を分離させる微細パターン形成金属シートの製造方法である。
【0020】
この製法において、前記補助材がアルミニウムからなる場合には、この補助材を溶解、溶融又はエッチングにより除去して前記被加工材から分離させるのが好ましい。この態様では、補助材を確実に除去することができる。
【0021】
また、前記被加工材はニッケルからなるものであってもよい。
【発明の効果】
【0022】
以上説明したように、本発明によれば、微細パターンの形成加工をより簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0024】
図1は、本発明に係る微細パターン形成金属シートの製造方法の一実施形態を説明するための概略図である。本実施形態に係る金属シート製造方法は、補助材12の表側に被加工材14を配した積層体10に型30を押し付けて、被加工材14に微細パターンを形成するものである。
【0025】
積層体10は、図2にも示すように、被加工材14の一面側に補助材12が密着された構成のものである。補助材12は、後述するように被加工材14に微細パターンを形成するために利用されるもので、微細パターン形成後には不要となるものである。補助材12は、例えば金属箔によって構成されており、この金属箔としては例えばアルミホイル(厚み12μm、硬度約40Hv)を用いることができる。なお、補助材12はこれに限られるものではなく、板材を圧延によって薄く延ばしていくことにより作成した様々な厚みの箔が使用可能である。ただし、補助材12は被加工材14よりも厚い方が好ましい。また、補助材12の厚みは1μm以上1mmであるのが好ましく、被加工材14の厚みは補助材12よりも薄いのが好ましい。
【0026】
被加工材14は金属薄膜によって構成されており、この金属薄膜は補助材12の表面に例えばめっき処理することによって補助材12に密着されている。被加工材14を構成する金属薄膜としては、例えばニッケル(Ni)めっきが採用され、その厚みは例えば5μm、硬度約120Hvとなる。このようにめっき処理によって被加工材14を形成すると、圧延により成形した場合に比べ、より安価に薄いシートを得ることができる。
【0027】
補助材12を成形するには、前記のめっき処理の他に一般的な薄膜・厚膜の製造方法を使用することができる。例えば、溶融めっき、電気めっき、無電解めっき等の液相で合成する方法、溶射、CVD、PVD等の気相で合成する方法等によって得ることができる。また、補助材12としてバインダーの粉末の混合物であって延性のあるものを適用することも可能である。本製造方法では、型30を押し付ける方法のため、被加工材14及び補助材12の材料が制限されることはない。ただし、被加工材14よりも補助材12の方が軟らかく、なおかつこれらが型30よりも軟らかいことが条件となる。
【0028】
型30は、被加工材14に微細パターンを形成するためのものであり、図3にも示すように、例えば平板状に形成されている。そして、この型30には、厚み方向に貫通する形態の多数のパターン部32が設けられている。パターン部32は、被加工材14に形成される微細パターンに対応した断面形状を有し、例えば図4に示すように、断面略円形状に形成されるとともに規則的に配列されているようにすることができる。型30は、例えばNi合金製であり、硬度約500Hv、パターン部32の外径約12μm、パターン部32のピッチ約30μm、厚み約10μmに設定されている。この型30は、例えば電鋳加工法によって作成されているが、これに代え、例えばレーザ、エッチング、リソグラフィ、機械加工等で加工して作成されていてもよい。
【0029】
なお、本発明は、1つのみのパターン部32を有する型30を押し付ける場合にも適用することができる。
【0030】
被加工材14に微細パターンを形成するには、まず図5(a)に示すように、補助材12と被加工材14とが重ね合わされた積層体10の上に型30を載置する。このとき補助材12に対して被加工材14が上側になるように積層体10を配置する。そして、この積層体10及び型30を一緒に圧延ロール40(図1参照)で圧延する。これにより、積層体10には被加工材14側から型30が押し付けられる。このときの圧延条件は、無張力、無潤滑、強圧下(圧延荷重5トン)であり、圧延ロール40としては冷間圧延用ロールを使用することができる。
【0031】
積層体10及び型30が一緒に圧延ロール40内に送り込まれると、型30が被加工材14を押圧し、それに伴ってその裏側に位置する補助材12の対応部位が塑性変形することとなる。このとき貫通孔からなる型30のパターン部32に対応する位置の被加工材14は直接的には押圧されないため、図5(b)に示すように、被加工材14は、型30に直接押圧されて圧下する第1部分14aと、パターン部32に対応する位置で型30の押圧力を直接的には受けない第2部分14bとに分離される。そして、パターン部32内に取り残された第2部分14bが打ち抜きカスとして打ち抜かれ、残りの第1部分14aは、微細パターンを有するメッシュ状となる。すなわち、裏側の補助材12が塑性変形することで被加工材14が打ち抜かれて型30の微細パターンが被加工材14に転写される。図6は、実際に打ち抜いたときの型30及び積層体10の断面を撮った光学顕微鏡写真の模式図である。
【0032】
この後、補助材12を除去することにより、メッシュ状の金属シート(被加工材14)を得ることができる。この場合において、被加工材14の素材がNiで、かつ補助材12の素材がアルミニウム(Al)であれば、Niはアルカリに溶けないがAlはアルカリに溶け易いため、積層体10をアルカリ処理することにより、補助材12のみを除去することができる。この作成されたメッシュ状の被加工材14は、硬度120Hv、孔径12μm、ピッチ30μm、厚み5μmであった。
【0033】
以上説明したように、本実施形態によれば、微細パターンを形成する被加工材14よりも軟らかい補助材12を当該被加工材14に密着、固着又は重ね合わせて積層体10とし、この積層体10に型30を押し付けて補助材12を塑性変形させて微細パターンを形成するようにしているので、ダイスを用いた加工方法と異なり、微細パターン形成加工の前に予めダイス穴を形成しておかなければならないという事態を回避できる。このため、型30に応じた形状のダイス穴を形成するという準備段階での手間を省くことができ、微細パターンを形成するための加工工程を簡素化することができる。
【0034】
また、型30の押し付けによって裏側の補助材12が塑性変形することで被加工材14に微細パターンが形成されるので、ポンチとダイスの位置合わせが問題となることはなく、しかも被加工材14の板厚や材質に応じてダイスのクリアランスを設定しなければならないという問題も生じることはない。また微細パターンを形成するのに際して型30を押し付けるだけなので、レーザ加工、放電加工、リソグラフィ加工等のような問題が生ずることもなく、またこれら加工方法に比べ、加工コストを抑えることができる。
【0035】
また本実施形態では、圧延ロール40を使用して被加工材14に微細パターンを形成するようにしているので、既存の圧下加工用装置を使用することが可能となり、微細パターンが形成された型30を新たに用意するだけでよくなる。このため、微細パターン形成用の装置としてなるべく改良、追加をしなくてもいいようにことができる。
【0036】
また本実施形態では、めっき処理によって補助材12上に被加工材14を形成するようにしているので、微細パターンを有する薄膜状の被加工材14を安価に製造することができる。
【0037】
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、型30は、圧延ロール40等の圧下装置に取り付けられるようにしてもよい。また、圧下装置において、素材を圧下する圧下部自体(例えばロール自体)の表面を前記実施形態のように微細パターンを有する型30に加工してもよい。そうすれば、被加工材14の長さに応じた型30を用意しなくても、被加工材14を連続的に圧下することが可能となり、短時間で大量の加工を低コストで行うことが可能となる。また、型30は金属製のものに限られるものではない。
【0038】
また前記実施形態では、補助材12に被加工材14をめっき処理によって密着させるようにしたが、これに限られるものではない。例えば、被加工材14と補助材12とを単に重ね合わせるようにしてもいいし、両者を接着するようにしてもよい。また、被加工材14と補助材12とが密着しているのが望ましいが、被加工材14と補助材12とが離間している部分があってもよい。この場合でも、被加工材14に型30を押し付けたときには、被加工材14と補助材12とが重ね合わされた積層体10となるので、この積層体10に対して型30を押し付けるのと同様の効果を得ることができる。
【0039】
また前記実施形態では、型30のパターン部32が貫通孔によって構成される例について説明したが、これに代え、図7及び図8(a)に示すように、型30は、基部34と、この基部34から突出した凸形状のパターン部32とを有する構成としてもよい。この場合、パターン部32の突出高さは、被加工材14を厚み方向に貫通できるように被加工材14の厚みよりも大きくすることが必要となる。そして、被加工材14と補助材12との積層体10に型30を押し付けると、型30のパターン部32に対応する部位の被加工材14及び補助材12が変形する。そして、図8(b)に示すように、被加工材14を貫通する程度に型30を押し付けると、その下に位置する被加工材14の第1部分14aがパターン部32の押圧力を直接的には受けない第2部分14bから分離され、凹むように塑性変形した補助材12の凹部に打ち抜きカスとして収まる。これにより、被加工材14に微細パターンが形成されてメッシュ状となる。なお、パターン部32は円柱状に形成されるものに限られるわけではなく、種々の形状を採用することができ、しかも規則的に配列されていないものであってもよい。
【0040】
被加工材14の素材は銅(Cu)で、かつ補助材12の素材がAlであってもよい。この場合にも、Cuはアルカリに溶けないため積層体10をアルカリ処理することにより、補助材12が除去された被加工材14を得ることができる。また被加工材14及び補助材12の素材によっては酸による処理で補助材12を除去することも可能である。また、このような化学的処理によって補助材12を除去する方法に限られるものではなく、例えば研磨等による機械的処理によって補助材12を除去することも可能である。
【0041】
また、被加工材14を打ち抜いて貫通孔が形成された形態の微細パターンを形成するものに限らず、被加工材14に凹凸状の微細パターンを形成するものでもよい。
【0042】
また、補助材12を被加工材14の一方の面に重ね合わせる方法に限らず、補助材12を被加工材14の両面に重ね合わせるようにしてもよい。例えば、被加工材14をステンレス鋼(SUS)とするとともに補助材12をAlとし、SUS板をAl槽にどぶ付けしてSUS表面に溶融めっき又は電解めっきでAl膜を形成する場合、SUS板の両面にAlがめっきされることとなる。この場合において、積層体10の上から型30を押え付けるときに、型30が被加工材14の上側に位置する補助材12を貫通して被加工材14に微細パターンを形成することとなる。このとき、被加工材14に対して型30とは反対側の補助材12(被加工材14の裏側の補助材12)は塑性変形し、それに応じて被加工材14に微細パターンが形成される。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明の実施形態に係る微細パターン形成金属シートの製造方法を説明するための図である。
【図2】積層体の断面図である。
【図3】型の断面図である。
【図4】型の上面図である。
【図5】(a)は打ち抜き前の状態の積層体及び型を示す断面図であり、(b)は打ち抜き後の状態の積層体及び型を示す断面図である。
【図6】実際に打ち抜いたときの型及び積層体の断面を撮った光学顕微鏡写真の模式図である。
【図7】本発明のその他の実施形態に係る微細パターン形成金属シートの製造方法に使用される型の断面図である。
【図8】(a)その他の実施形態における打ち抜き前の状態の積層体及び型を示す断面図であり、(b)は打ち抜き後の状態の積層体及び型を示す断面図である。
【符号の説明】
【0044】
10 積層体
12 補助材
14 被加工材
14a 第1部分
14b 第2部分
30 型
32 パターン部
34 基部
40 圧延ロール
【出願人】 【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
【出願日】 平成18年7月5日(2006.7.5)
【代理人】 【識別番号】100067828
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司

【識別番号】100096150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 孝夫

【識別番号】100099955
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 次郎

【識別番号】100137143
【弁理士】
【氏名又は名称】玉串 幸久


【公開番号】 特開2008−12558(P2008−12558A)
【公開日】 平成20年1月24日(2008.1.24)
【出願番号】 特願2006−185329(P2006−185329)