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微細形状形成技術-マイクロハニカム-

気泡の膨張メカニズムによって、大面積な微細マイクロハニカム構造を形成します。

ハニカム構造の特徴と用途

ハニカム構造とは、蜂の巣のように正六角柱形が隙間なく並んだ構造(広義では、六角形状に限らない穴列の集合体)で、中が空洞であるために、軽量であるにもかかわらず、強度のある材料を作ることができます。

代表的な利用例としては、飛行機の各種構造材や内装材等があります。これを微細なものとして応用するためにミクロンレベルでハニカム構造を作るのがマイクロハニカム成形技術です。

さまざまな加工が可能な技術を開発

リコーの開発した独自技術は、簡易な装置や方法であるにも関わらず、非常に高価な装置を使用したエックス線リソグラフィや、工程数が多いドライエッチングで加工されたハニカムと同等、またはそれ以上の加工能力があります。

主な特長は以下の通りです。

  1. 隔壁厚に対する高さ比が50~500で可変
  2. セルサイズ(セルの開口幅)が5~150µmで可変(それ以上のサイズも可)
  3. 広い加工領域(φ100mm、それ以上も可)
  4. 早い加工速度(数秒~数分)

図1:さまざまな加工が可能なリコーの技術

図2:本工法とドライエッチング工法の形状比較

マイクロハニカム構造形成の原理

本工法は、図3に示したプロセスでハニカム形状の構造を成形します。

  1. 規則的に凹部を配列した板(=テンプレート)の上に凹部を覆うようにハニカムの基となる材料を塗ります。
  2. 周囲の空気を減圧することによって相対的に凹部の気泡を同時膨張させてハニカム材料を変形させます。
  3. 固化したハニカム形状をテンプレートから剥離します。

これは、ストローでシャボン玉を作る方法に似ています。通常、シャボン玉は球状をしていますが、お互いくっつくと六角や四角形状になります。本技術はこの原理を応用しています。

図3:マイクロハニカム加工原理

図4:本工法で加工したマイクロハニカム

拡大するマイクロハニカムの用途

微細で、隔壁の厚さやセルサイズに対するセルの高さ比の大きいマイクロハニカムが安価に製造できるようになることで、その用途は大きく広がると考えています。

例えば、大きな表面積を有する吸着機能材料や、熱や光を一方向のみ誘導する異方性機能材料、撥水疎水が一面に混在する機能分離材料、等です。

図5:マイクロハニカムの用途の広がり

また、本技術の工法を応用し、中空のマイクロニードルアレイ(微細な穴の開いた針の列)や孔径が均質で整列したメンブレンフィルター(精密ろ過)の形成にも成功しました。

医療・医薬分野では、再生医療の“細胞培養基材”(図のメンブレンフィルター)や、ハニカムを支持体とした皮膚適用製剤としての用途展開が考えられます。

図6:中空のマイクロニードルアレイ

図7:孔径5µmの均質なメンブレンフィルター

本技術の分類:分野別「基盤技術」