大面積マイクロ・ナノ構造体の溶融微細転写システム助成事業の成果
平 成 19 年 3 月
財団法人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会
製 作 者 株 式 会 社 日 本 製 鋼 所 試 用 者 株 式 会 社 ク ラ レ
この事業は、競輪の補助金を受けて実施したものです。
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目 次
1. シ ス テ ム の 必 要 性
(1) 必 要 性 ··· １ (2) 国 内 、 海 外 の 現 状 ··· ２
2. シ ス テ ム の 概 要
(1) 主 要 性 能 ··· ３ (2) 構 成 ··· ３ (3) 特 徴 ··· ４
3. 実 施 期 間 ··· ７
4. 実 施 内 容
(1) 製 作 過 程 ··· ８ (2) 試 用 過 程 ··· 18
5. 成 果
(1) 技 術 的 、 経 済 的 成 果 ··· 23 (2) 今 後 の 問 題 点 ··· 24
付
1. シ ス テ ム の 性 能 ··· 25 2. シ ス テ ム の 仕 様 ··· 25 3. 今 後 ５ 年 間 の 需 要 推 計 ··· 26
１ ． シ ス テ ム の 必 要 性
（ １ ） 必 要 性
電 子 デ ィ ス プ レ ィ 、 光 メ デ ィ ア 及 び ラ イ フ サ イ エ ン ス 等 の 分 野 で は 、 製 品 の 表 面 に 数 百 ｎ ｍ か ら 数 百 μ ｍ の 微 細 凹 凸 形 状 を 附 形 す る こ と に よ り 、 新 た な 機 能 の 実 現 や 高 性 能 化 及 び 低 コ ス ト 化 が 図 ら れ て い る 。 図 １ は 、 各 分 野 の 代 表 的 な 微 細 加 工 製 品 を 示 す 。 デ ィ ス プ レ ィ 基 材 に は 、 ま す ま す 薄 肉 大 面 積 化 、 光 学 特 性 向 上 及 び 低 コ ス ト 化 が 要 求 さ れ 、 こ れ を 実 現 す る た め に 複 合 化 や マ イ ク ロ・ナ ノ 微 細 加 工 に よ る 光 学 特 性 の 制 御 が 進 め ら れ て い る 。 医 療 ・ バ イ オ ・ 環 境 等 の 分 野 で は 、 混 合 、 反 応 及 び 熱 伝 達 の 効 率 が 極 め て 高 い マ イ ク ロ 空 間 を 利 用 し て 、 迅 速 か つ 高 効 率 の 診 断 や 高 収 率 の 物 質 創 成 及 び 培 養 等 が 実 現 さ れ て い る 。 プ ラ ス チ ッ ク は 、 軽 量 、 フ レ キ シ ブ ル か つ 経 済 的 で 豊 富 な 材 料 と 成 形 技 術 に よ り 多 様 な 機 能 を 実 現 で き る 。 こ の た め 、 プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 の 研 究 開 発 と 事 業 化 が 進 展 し て お り 、 今 後 の 大 き な 市 場 を 形 成 し て い く も の と 予 想 さ れ る 。
プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 に は 、 高 精 度 の 微 細 転 写 性 、 薄 肉 大 面 積 化 、 高 光 透 過 率 、 低 光 学 歪 ・ 低 残 留 応 力 、 円 滑 離 型 に よ る 微 細 凹 凸 の 平 滑 な 表 面 性 状 、 高 生 産 性 及 び 経 済 性 等 が 要 求 さ れ る 。 現 在 の 微 細 転 写 工 法 に は 、 射 出 成 形 、 ナ ノ イ ン プ リ ン ト 及 び ロ ー ル 転 写 等 が あ る 。 し か し 、 前 記 の 要 求 を 満 足 す る 性 能 を 兼 ね 備 え た 量 産 に 適 合 し た 工 法 は い ま だ に 存 在 せ ず 、 本 事 業 で 開 発 し た 溶 融 微 細 転 写Ｒシ ス テ ム が ま さ し く 必 要 と さ れ て き て い る 。
高精細・高ｺﾝﾄﾗｽﾄ 高輝度・大面積 低消費電力、ﾌﾚｷｼﾌﾞﾙ 軽量薄型､白色照明 低価格化
高記録密度､十nmﾋﾟｯﾁ 小型、高機能化、
短波長帯の高速伝送 超高速全光デバイス
健康管理、予防医療 低侵襲､ﾃｰﾗｰﾒｰﾄﾞ医療 再生医療､ﾃﾞｨｽﾎﾟｰｻﾞﾌﾞﾙ 小型・携帯化
ITRSに基づくLSIの 45nm微細配線ﾙｰﾙ ﾊﾟｯｹｰｼﾞ10μm微細配線
動向
１ｎｍ １０ｎｍ １００ｎｍ １μｍ １０μｍ １００μｍ １ｍｍ 微細凹凸の溝幅（対数）
診断ﾁｯﾌﾟ
細胞培養ｼｰﾄ 波長版
DVDﾋﾟｯｸｱｯﾌﾟ
ﾎﾟﾘﾏｰOLEDﾚｾﾌﾟﾀｰ
高密度磁気ﾃﾞｨｽｸ
ﾗﾎﾞ･ｵﾝ･ﾁｯﾌﾟ 酵素透過膜
表面無反射構造体
回折格子
高輝度ﾌﾛﾝﾄﾗｲﾄ
樹脂ﾌｨﾙﾑﾌｧﾝﾀｸﾞﾗｽ 光学位相板
たんぱくﾁｯﾌﾟ
ＴＡＢテープ
指紋ｾﾝｻｰｱﾚｲ 化学合成ﾁｯﾌﾟμ-TAS マイクロレンズアレイ
薄型導光体
ＤＮＡ・ﾌﾟﾛﾃｲﾝﾁｯﾌﾟ
滑り難い床材 微生物検出ﾁｯﾌﾟ
燃料電池ｾﾊﾟﾚｰﾀ ﾏﾙﾁﾓｰﾄﾞ光導波路
ｼﾝｸﾞﾙﾓｰﾄﾞ光導波路 Blu-rayDiskｶﾊﾞｰ層
ﾌﾚｷｼﾌﾞﾙTFT
光ﾊﾞｯｸﾌﾟﾚｰﾝ 高分子有機TFT隔壁
電子ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｨ
光メディア
ライフサイエンス
半導体・電子回路 他
高密度ﾌﾟﾘﾝﾄ基板 有機半導体ﾚｰｻﾞ共振器
ナノピラー
ﾏｲｸﾛﾌｨﾙﾀｰ
ﾏｲｸﾛ集光太陽電池 光ｲﾝﾀｰｺﾈｸｼｮﾝ
製品分野
背面投射ＴＶｽｸﾘｰﾝ
32ｎｍﾙｰﾙCMOS LSI ﾌｫﾄﾆｸｽ結晶
偏光素子 分波格子
フレネルレンズ
血液検査チップ
研磨シート
図 １ 各 分 野 の プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 と 要 求 さ れ る 微 細 寸 法
（ ２ ） 国 内 、 海 外 の 状 況
現 在 の プ ラ ス チ ッ ク 微 細 転 写 方 法 と し て 射 出 成 形 、 ナ ノ イ ン プ リ ン ト 及 び ロ ー ル 転 写 が 挙 げ ら れ る 。 表 １ は 、 プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 に 対 す る 市 場 要 求 項 目 と 転 写 工 法 と の 関 連 を 示 す 。射 出 成 形 は 、自 在 な 形 状 を 成 形 で き 、生 産 性 が 高 く 低 コ ス ト で 量 産 性 に 優 れ る 。 こ の た め 、 液 晶 バ ッ ク ラ イ ト 導 光 板 か ら Ｄ Ｖ Ｄ 、 レ ン ズ 、 回 折 格 子 及 び 化 学 チ ッ プ 等 に 至 る ま で 幅 広 い 製 品 の 生 産 に 適 用 さ れ て い る 。 最 近 は 、 樹 脂 の 流 動 性 を 向 上 さ せ る こ と で 、 厚 さ ０．８ｍ ｍ 、ア ス ペ ク ト 比 ２ の 微 細 凹 凸 を 附 形 し た 成 形 品 が 得 ら れ て い る 。薄 肉 化 も 進 み 、 導 光 板 で は 厚 さ ０．５ｍ ｍ 位 ま で 薄 く な っ て い る 。 し か し 、 製 品 の 折 り 曲 げ が 容 易 な 200μ ｍ 以 下 の 薄 肉 化 は 数 ｃ ｍ 角 の 小 さ な も の に 限 ら れ る 。ま た 、金 型 の 樹 脂 注 入 口 か ら 流 動 末 端 に 向 け て 転 写 率 が 低 下 す る 。 樹 脂 は 型 表 面 で 冷 却 さ れ ス キ ン 層 を 形 成 し な が ら 流 動 す る た め 転 写 性 が 低 く 、 樹 脂 内 部 に 高 い 残 留 応 力 や 複 屈 折 が 現 れ る 。 こ の た め 、 達 し 得 る 薄 肉 大 面 積 、 微 細 転 写 性 、 ア ス ペ ク ト 比 及 び 光 学 特 性 等 は 制 限 さ れ る 。
ナ ノ イ ン プ リ ン ト で は 、 数 百 ｎ ｍ の 微 細 凹 凸 を 表 面 に 形 成 し て 反 射 防 止 機 能 を 持 た せ た 高 コ ン ト ラ ス ト の 携 帯 電 話 フ ロ ン ト ラ イ ト が 生 産 さ れ て い る 。 し か し 、 生 産 サ イ ク ル が 数 分 ～ 数 十 分 と 長 い 。 製 品 形 状 は 一 次 元 形 状 に 限 定 さ れ る 。 使 用 樹 脂 は シ ー ト に 限 定 さ れ 形 状 の 自 由 度 が 無 い 。 微 細 凹 凸 の 空 気 を 排 除 す る 真 空 引 き が 不 可 欠 で あ る 。 熱 ナ ノ イ ン プ リ ン ト で 固 体 状 樹 脂 を 転 写 す る 場 合 、離 型 が 困 難 で あ り 、し か も 大 面 積 の 均 一 転 写 が 難 し い 。 以 上 の よ う に 、 射 出 成 形 は 微 細 転 写 性 、 薄 肉 大 面 積 化 及 び 光 学 特 性 に 限 界 が あ る 。 ナ ノ イ ン プ リ ン ト は 生 産 性 、 離 型 性 、 大 面 積 化 及 び 経 済 性 に 課 題 が あ る 。 ロ ー ル 転 写 は 附 形 で き る 微 細 形 状 と 転 写 性 が 制 限 さ れ る 。 そ こ で 、 微 細 加 工 製 品 を 低 コ ス ト で 量 産 し 事 業 化 す る た め に は 、良 好 な 転 写 性 と 離 型 性 を 具 え 、薄 肉 大 面 積 化 が 可 能 で 生 産 性 が 高 く 、安 定 性 、 信 頼 性 及 び 経 済 性 に 優 れ た 量 産 に 適 合 し た 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム が 必 要 と な る 。 こ れ に よ っ て 、 事 業 化 と 量 産 化 が 進 み 、 そ の 市 場 を 創 成 及 び 拡 大 す る こ と が で き る と 予 想 さ れ る 。
表 １ プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 に 対 す る 市 場 要 求 項 目 と 転 写 工 法
微細凹凸の高い転写性 △ ◎ △
◎
◎
◎
微細凹凸の高い寸法精度 △ ◎ △
大面積の均一な微細転写 × × ◎
円滑な離型性 △ × △ ○
高ｱｽﾍﾟｸﾄ比（穴深／穴径) × ○ ×
シャープなエッジ △ △ ×
表面性状・外観 ○ ○ ◎ ○
低残留応力・低複屈折 × ○ ◎
薄肉化≒１００μｍ × ◎ ◎ ◎
大面積化≒１ｍ × × ◎
複雑三次元形状 ◎ × × ○
高い生産性≦２分間 ◎ × ◎ ○
経済性 ◎ × △ ○
自動化(手作業の削減) ◎ × ◎ 市場の要求項目 射出成形 ホットエンボス
ナノインプリント ロール転写 溶融微細転写
◎
◎
◎
◎
◎
２ ． シ ス テ ム の 概 要
（ １ ） 主 要 性 能
本 事 業 の 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム は 、 従 来 の 工 法 で は 兼 ね 具 え る こ と が で き な か っ た ① 数 百 ｎ ｍ か ら 数 百 μ ｍ に 至 る 広 範 囲 の 微 細 凹 凸 の 高 い 微 細 転 写 性 、② 高 ア ス ペ ク ト 比 (≧ ３ )、
③ 薄 肉 (＜ １ ５ ０ μ m)、④ 大 面 積 (最 大 １ ５ ０ ｍ ｍ 角 )、⑤ 高 光 透 過・低 複 屈 折 、⑥ 複 雑 三 次 元 形 状 、⑦ 円 滑 な 離 型 性 、⑧ 超 低 圧 成 形（ ≦ １ ０ Ｍ Ｐ ａ：射 出 成 形 の １ ／ １ ０ 以 下 ）、⑨ 高 生 産 性 （ 生 産 サ イ ク ル ≦ ２ 分 ）、 ⑩ 経 済 性 を 実 現 す る 新 た な 微 細 転 写 シ ス テ ム で あ る 。 表 ２ は 、 本 シ ス テ ム の 主 要 性 能 の 実 績 値 を 示 す 。
表 ２ 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム の 主 要 性 能 実 績 値
主 要 性 能 項 目 実 績 値
製 作 可 能 製 品 サ イ ズ 最 小 ４ ０ ｍ ｍ 角 最 大 １ ５ ０ ｍ ｍ 角
製 品 の 最 小 厚 さ １ ２ ０ μ ｍ
最 小 厚 み 時 の 製 品 平 面 寸 法 １ ０ ２ ｍ ｍ 角
生 産 サ イ ク ル 時 間 ２ 分
微 細 凹 凸 の 転 写 率 ９ ９ ％
微 細 凹 凸 ア ス ペ ク ト 比 (深 さ ／ 穴 径 ) ３ 以 上 附 形 可 能 な 最 小 微 細 凹 凸 寸 法 １ ０ ０ ｎ ｍ 微 細 凹 凸 の 寸 法 精 度 （ 30μ m 凹 凸 ） ±１ μ m 以 下
光 透 過 率 ９ ５ ％ 以 上
最 高 使 用 温 度 ３ ５ ０ ℃
離 型 性 １ ０ ０ ％ 良 品 離 型
残 留 応 力 無 （ 偏 光 板 観 察 ）
（ ２ ） 構 成
本 事 業 で 作 製 し た 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム の 基 本 的 な 構 成 を 図 ２ に 示 す 。本 シ ス テ ム は 、
① 固 体 状 の 樹 脂 を 溶 融 す る 樹 脂 溶 融 装 置 、 ② 溶 融 し た 樹 脂 を 金 型 に 塗 布 す る 樹 脂 塗 布 装 置 、 ③ 樹 脂 塗 布 装 置 を 移 動 さ せ る 移 動 ス テ ー ジ 、 ④ 微 細 凹 凸 ス タ ン パ ー を 装 着 す る 金 型 、 ⑤ 樹 脂 を 加 圧 附 形 す る 精 密 プ レ ス 、 ⑥ Ｔ ダ イ 先 端 の リ ッ プ を 洗 浄 す る Ｔ ダ イ リ ッ プ 洗 浄 装 置 、⑦ 樹 脂 を 塗 布 し た 後 の 糸 曳 を 防 止 す る 金 型 糸 切 装 置 、
⑧ 数 十 μ ｍ の 微 細 凹 凸 を 有 す る 微 細 凹 凸 ス タ ン パ ー 、 ⑨ 製 品 を 金 型 か ら 取 り 出 す 離 型 装 置 、 ⑩ 機 械 と 周 辺 ・ 付 帯 設 備 を 制 御 す る 全 自 動 集 中 プ ロ セ ス 制 御 装 置 、 ⑪ 金 型 の 急 速 加 熱 冷 却 装 置 、 ⑫ 装 置 内 を 清 浄 に 保 ち 、 装 置 外 へ の 発 塵 を 防 止 す る 局 所 ク リ ー ン 化 装 置 、 ⑬ 安 全 装 置 、 ⑭ 周 辺 ・ 付 帯 設 備 （ コ ン プ レ ッ サ ー 、 真 空 ポ ン プ 、 空 圧 窒 素 回 路 、 冷 却 水 回 路 、 集 塵 機 、 型 段 取 装 置 等 ） か ら 構 成 さ れ る 。
高精度ﾌﾟﾚｽ
樹脂溶融装置
樹脂塗布装置
Ｘ
（ ３ ） 特 徴
図 ３ は 、 溶 融 微 細 転 写 と ナ ノ イ ン プ リ ン ト と で 、 樹 脂 の 加 熱 ・ 軟 化 挙 動 と ス タ ン パ ー 微 細 凹 凸 へ の 樹 脂 充 填 挙 動 の 違 い を 模 式 的 に 示 し た も の で あ る 。
溶 融 微 細 転 写 で は 、ス ク リ ュ で 樹 脂 を 高 速 に 溶 融 し 、ス タ ン パ ー に 塗 布 し た 後 、 ス タ ン パ ー 凹 部 の 樹 脂 は 高 温 を 維 持 す る の で 、 加 圧 附 形 に よ り 凹 部 を 迅 速 か つ 十 分 に 充 填 す る 。 ナ ノ イ ン プ リ ン ト で は 、 ス タ ン パ ー か ら の 伝 熱 で 固 体 樹 脂 を 軟 化 さ せ る た め 、 ス タ ン パ ー 凹 部 の 樹 脂 は 軟 化 す る の に 時 間 を 要 し 、 充 填 は 不 十 分 に な り 易 い 。 射 出 成 形 で も 、 流 動 中 に 薄 い ス キ ン 層 が 形 成 さ れ て ス タ ン パ ー 凹 部 に 供 給 さ れ る の で 、 充 填 が 不 充 分 と な る 。 ロ ー ル 転 写 で も 熱 可 塑 性 樹 脂 で は ナ ノ イ ン プ リ ン ト と 同 様 に な る 。 こ の 結 果 、 溶 融 微 細 転 写 は 、 熱 可 塑 性 樹 脂 の ど の 成 形 法 よ り も 、 高 い 微 細 転 写 性 を 有 す る こ と が 明 ら か と な っ た 。
ＹＺ移動ステージ
Ｔﾀﾞｲﾘｯﾌﾟ洗浄装置 離型装置
金型
急速加熱冷却装置 温水供給装置 冷媒供給装置
微細加工 ｽﾀﾝﾊﾟｰ 局所クリーン化装置
化装置
材料供給装置 全自動ﾌﾟﾛｾｽ
制御装置 安全装置
ｽﾀﾝﾊﾟｰ清浄
金型糸切装置
金型段取 装置
移動ステージ
図 ２ 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム の 構 成
溶融微細転写
スタンパー 塗布した溶融樹脂
溶融樹脂
充填が良く生産性が高い 充填が良く生産性が高い
固体樹脂
スタンパー 加熱軟化中の樹脂
充填が悪く生産性が低い 充填が悪く生産性が低い
溶融 固体
熱 熱
冷却 軟化
ﾅﾉｲﾝﾌﾟﾘﾝﾄ
高温低温
樹脂中の伝熱は遅いので高温維持 樹脂中の伝熱は遅いので固体維持
図 ３ 溶 融 微 細 転 写 と ナ ノ イ ン プ リ ン ト の 充 填 挙 動
本 助 成 事 業 で 製 作 し た 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム の 全 景 を 図 ４ に 示 す 。 本 シ ス テ ム は 、 さ ら に 以 下 の 特 徴 を 有 す る 。
１ ） 数 百 ｎ ｍ か ら 数 百 μ ｍ ま で 広 範 囲 の 微 細 凹 凸 を 高 い 転 写 率 で 成 形 。
２ ） 溶 融 樹 脂 の 充 填 性 と 圧 力 温 度 の 均 一 性 に よ り 、 大 面 積 の 隅 々 ま で 微 細 凹 凸 を 均 一 に 転 写 し 、 凹 凸 の 平 坦 性 に 優 れ る 。
３ ） ア ス ペ ク ト 比 （ 凸 高 さ ／ 幅 ） ３ 以 上 を 実 現 。
４ ） 高 剛 性 ・ 高 性 能 の 塗 布 装 置 に よ り 溶 融 樹 脂 を 薄 肉 、 高 精 度 に 安 定 し て 塗 布 。 厚 さ １ ０ ０ μ ｍ 台 で 厚 み 分 布 １ ０ μ ｍ 以 下 の 微 細 構 造 体 を 安 定 成 形 。
５ ） コ ン タ ミ が 無 く 光 透 過 率 が 高 い 。
６ ） 残 留 応 力 や 複 屈 折 が 極 め て 小 さ く 、 ソ リ 変 形 や 光 学 歪 が 小 さ い 。
７ ） 自 動 成 形 サ イ ク ル と 急 速 加 熱 冷 却 に よ り ２ 分 以 下 の 生 産 サ イ ク ル を 実 現 。 ８ ） 射 出 、 フ ィ ル ム グ レ ー ド か ら 耐 熱 エ ン ジ ニ ア リ ン グ プ ラ ス チ ッ ク ま で 幅 広 い 樹 脂 材 料 を 使 用 可 能 。 樹 脂 溶 融 装 置 は ３ ５ ０ ℃ ま で 昇 温 可 能 。
９ ） 溶 融 微 細 転 写 自 身 の 特 性 と 新 規 離 型 手 法 ・ 装 置 に よ り 安 定 し た 離 型 を 実 現 。 １ ０ ） Ｔ ダ イ リ ッ プ 洗 浄 装 置 、 金 型 糸 切 装 置 に よ り コ ン タ ミ を 防 止 。
１ １ ）装 置 か ら 周 辺 機 器 ま で 含 め た 全 自 動 集 中 制 御 シ ス テ ム に よ り 自 動 化 を 実 現 。 １ ２ ） 型 内 の 成 形 品 縁 部 切 断 機 構 に よ る ２ 次 加 工 レ ス 化 。
１ ３ ）電 動 油 圧 ハ イ ブ リ ッ ド プ レ ス に よ る 高 速 、高 精 度 、高 能 力 で 滑 ら か な 加 圧 。
図 ４ 製 作 し た 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム の 全 景
３ ． 実 施 期 間
（ １ ） 製 作
平 成 １ ７ 年 ７ 月 か ら 平 成 １ ８ 年 ７ 月 ま で
平 成 １ ７ 年 度 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 全 体 構 造 の 計 画 と 設 計 樹 脂 塗 布 装 置 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価 樹 脂 溶 融 装 置 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
塗 布 装 置 移 動 ス テ ー ジ の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価 高 精 度 プ レ ス の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
試 運 転 用 金 型 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
試 運 転 用 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価 全 自 動 プ ロ セ ス 制 御 シ ス テ ム の 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価 周 辺 機 器 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
溶 融 微 細 転 写 装 置 の 組 立 工 事 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 電 気 工 事 評 価 用 金 型 の 設 計
評 価 用 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 設 計
各 製 作 機 器 の 調 整 試 運 転 、 耐 久 性 ・ 安 全 性 の 確 認
平 成 １ ８ 年 度 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 調 整 試 運 転 、 耐 久 性 ・ 安 全 性 の 確 認 品 質 、 精 度 、 連 続 安 定 性 の 確 認
溶 融 微 細 転 写 装 置 の 総 合 試 運 転 調 整 と 性 能 確 認 評 価 用 金 型 の 製 作 ・ 組 立 ・ 評 価
評 価 用 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 製 作 ・ 組 込 ・ 評 価 そ の 他 周 辺 機 器 の 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
溶 融 微 細 転 写 装 置 の 塗 装 工 事
試 用 場 所 へ の 据 付 ・ 試 運 転 ・ 調 整 工 事
溶 融 微 細 転 写 装 置 の 点 検 ・ 保 守 ・ メ ン テ ナ ン ス 工 事
（ ２ ） 試 用
平 成 １ ８ 年 ８ 月 か ら 平 成 １ ８ 年 １ ２ 月 ま で 平 成 １ ８ 年 度 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 性 能 評 価 試 作 サ ン プ ル の 品 質 評 価
品 質 安 定 性 、 連 続 運 転 安 定 性 、 操 作 性 等 の 評 価
４ ． 実 施 内 容
（ １ ） 製 作 過 程
［ 製 作 体 制 ］
株 式 会 社 日 本 製 鋼 所
研 究 開 発 本 部 開 発 企 画 部 機 械 事 業 部 産 業 機 械 部 研 究 開 発 本 部 機 械 研 究 所
［ 実 施 結 果 ］
１ ） 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 全 体 構 造 の 計 画 と 設 計
本 事 業 で は 、 数 百 ｎ ｍ か ら の 微 細 凹 凸 を 有 し 、 最 小 厚 さ １ ５ ０ μ ｍ 、 一 辺 の 最 大 長 さ １ ５ ｃ ｍ の 微 細 構 造 体 を 熱 可 塑 性 樹 脂 材 料 を 用 い て 高 品 質 か つ 高 い 生 産 性 で 生 産 す る 溶 融 微 細 転 写 装 置 を 製 作 し た 。 本 装 置 の 構 成 は す で に 図 ２ で 示 し た 通 り で あ る 。
２ ） 樹 脂 塗 布 装 置 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価 ① コ ン タ ミ 防 止
樹 脂 の 流 路 を 形 成 す る 部 材 の 流 路 長 さ を 最 小 化 と し 、 滞 留 に よ る 樹 脂 劣 化 を 防 止 し た 。 全 て の 流 路 の 表 面 仕 上 げ を 最 高 度 の 鏡 面 仕 上 げ と し た 。 樹 脂 の 酸 化 劣 化 を 防 止 す る た め 、 要 所 を 窒 素 置 換 で き る 構 成 と し た 。 こ の 結 果 、 設 定 温 度 を ３ ５ ０ ℃ ま で 上 昇 し て も コ ン タ ミ の 無 い 溶 融 樹 脂 が 得 ら れ 、 溶 融 温 度 の 高 い エ ン ジ ニ ア リ ン グ プ ラ ス チ ッ ク ま で 含 め た 広 範 囲 の 熱 可 塑 性 樹 脂 に 適 用 で き る よ う に な っ た 。
② 150μ ｍ の 薄 肉 塗 布
製 品 が 薄 く な る ほ ど 塗 布 後 の 樹 脂 温 度 降 下 が 速 く な り 、 高 粘 度 化 す る た め 加 圧 に よ る 圧 縮 変 形 量 が 小 さ く な る 。こ の た め 、塗 布 し た 樹 脂 の 性 状 が 最 終 製 品 に 対 し て 支 配 的 と な る 。 １ ５ ０ μ ｍ の 均 一 な 厚 み を 実 現 す る た め 、 Ｔ ダ イ 幅 方 向 の 樹 脂 厚 み 分 布 が 均 一 と な る 流 路 を 設 計 と し た 。 Ｔ ダ イ に は 幅 方 向 の 樹 脂 厚 み を 均 一 化 で き る 調 整 機 構 を 設 け た 。 塗 布 装 置 全 体 を 曲 げ 剛 性 の 高 い 箱 型 フ レ ー ム 構 造 と し 、 塗 布 時 に Ｔ ダ イ リ ッ プ が 樹 脂 か ら 受 け る 反 作 用 に 対 し 変 形 し に く い 装 置 を 製 作 し た 。 そ の 結 果 、 Ｔ ダ イ リ ッ プ と 微 細 凹 凸 ス タ ン パ ー と の ギ ャ ッ プ を ±１ ０ μ ｍ 以 下 の 高 い 精 度 で 応 答 性 良 く 制 御 で き る よ う に な っ た 。さ ら に 、 塗 布 す る 樹 脂 の 均 一 性 を 高 精 度 に 維 持 す る た め 、 吐 出 ピ ス ト ン と 塗 布 装 置 移 動 テ ー ブ ル の 多 段 速 度 制 御 と 連 動 制 御 を 行 い 、 塗 布 工 程 を 最 適 に 制 御 で き る 制 御 シ ス テ ム と し た 。
３ ） 樹 脂 溶 融 装 置 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
１ 分 以 内 に 樹 脂 計 量 を 完 了 し 、 計 量 ・ パ ー ジ の 繰 返 し に よ る ス ク リ ュ ・ シ リ ン ダ 内 の 洗 浄 や 材 料 替 え 作 業 を 迅 速 に 行 う た め 、 樹 脂 溶 融 装 置 の 可 塑 化 能 力 は １ ０ ｋ ｇ ／ ｈ と し た 。 ま た 、 ホ ッ パ を オ ペ レ ー タ が 遠 隔 で 開 閉 で き る よ う 、 シ リ ン ダ の 材 料 投 入 口 に 空 圧 式 の ナ イ フ ゲ ー ト バ ル ブ を 設 置 し た 。 シ リ ン ダ の 先 端 に 樹 脂 温 度 と 樹 脂 圧 力 の セ ン サ ー を 取 り 付 け 、樹 脂 圧 力 が 耐 圧 許 容 値 以 下 と な る よ う に 監 視 で き る 構 成 と し た 。メ ン テ ナ ン ス 時 に は 、 ス ク リ ュ を 取 り 外 し て 清 掃 で き る 旋 回 装 置 を 取 り 付 け た 。
４ ） 塗 布 装 置 移 動 テ ー ブ ル の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作
薄 く 均 一 な 厚 み を 有 す る 大 面 積 の 製 品 を 得 る た め に は 、 溶 融 樹 脂 を 金 型 上 の 微 細 ス タ ン パ ー に 迅 速 か つ 高 精 度 で 塗 布 す る 必 要 が あ る 。 樹 脂 溶 融 装 置 、 ア キ ュ ム レ ー タ 、 Ｔ ダ イ お よ び 箱 型 フ レ ー ム か ら な る 樹 脂 塗 布 装 置 を 高 精 度・高 応 答 で 移 動 さ せ る た め 、本 事 業 で は 、 揺 動 式 移 動 テ ー ブ ル を 開 発 し た 。
５ ） 高 精 度 プ レ ス の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
薄 肉 大 面 積 の 製 品 を 高 品 質 で 作 製 す る た め に 、 ① 樹 脂 加 圧 開 始 時 の 急 激 な 負 荷 上 昇 に 耐 え る 強 靭 性 、 ② 製 品 の 厚 み 精 度 を 確 度 す る た め の 位 置 精 度 、 ③ 迅 速 な 加 圧 附 形 に 必 要 な 高 速 性 、 ④ 高 精 度 の 微 細 転 写 性 を 確 保 す る た め の 荷 重 制 御 精 度 、 ⑤ 大 面 積 に 均 一 転 写 す る た め の 盤 の 平 坦 度 と 平 行 度 、 ⑥ 微 細 凹 凸 パ タ ー ン に 応 じ て 広 い 範 囲 で 速 度 、 荷 重 、 位 置 を 制 御 で き る 制 御 性 、 ⑦ 本 事 業 の 最 大 製 品 サ イ ズ で あ る １ ５ ｃ ｍ 角 以 上 の 大 面 積 化 に も 適 応 で き る 拡 張 性 、 ⑧ ク ラ ス 10,000 以 下 の 清 浄 度 を 兼 ね 備 え た プ レ ス が 必 要 で あ っ た 。 そ こ で 、 こ れ ら の 性 能 を 具 備 し た 電 動 油 圧 ハ イ ブ リ ッ ド プ レ ス を 設 計 お よ び 製 作 し た 。
６ ） 試 運 転 用 金 型 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価 １ ０ ２ ｍ ｍ 角 の 転 写 品 を 試 作 す る 試 運 転 用 金 型 を 製 作 し た 。 こ れ を 図 ５ に 示 す 。 本 金 型 は 上 型 、 下 型 、 ス タ ン パ ー 取 付 部 品 、 熱 冷 媒 配 管 、 ヒ ー タ 、 熱 電 対 、 ス タ ン パ ー 吸 着 真 空 孔 、 水 冷 配 管 、 取 付 板 等 か ら 構 成 さ れ る 。 本 金 型 で は 、 生 産 時 間 ２ 分 以 内 を 達 成 す る た め 、 毎 サ イ ク ル に ５ ０ ℃ か ら １ ５ ０ ℃ ま で 急 速 加 熱 冷 却 を 行 う 。 そ こ で 型 内 の 温 度 分 布 か ら 見 て 適 切 な 位 置 に 熱 冷 媒 配 管 と ヒ ー タ 取 付 孔 を 設 け た 。
図 ５ 試 運 転 用 金 型
７ ） 試 運 転 用 Ni ス タ ン パ ー の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
Ｕ Ｖ － Ｌ Ｉ Ｇ Ａ で １ ３ ０ ｍ ｍ 角 の Ｎ ｉ 電 鋳 ス タ ン パ ー を 作 製 し た 。 Ｕ Ｖ － Ｌ Ｉ Ｇ Ａ は 、 シ リ コ ン 基 板 上 に レ ジ ス ト 層 を 形 成 し 、 紫 外 線 マ ス ク 露 光 に よ り 原 盤 を 作 り 、 め っ き で 金 属 を 堆 積 さ せ 構 造 体 を 形 成 す る 手 法 で あ る 。 本 事 業 で 作 製 し た ス タ ン パ の 外 観 と レ ー ザ 顕 微 鏡 観 察 結 果 を 図 ６ に 示 す 。 ま た 、 レ ー ザ 顕 微 鏡 に よ る 測 定 結 果 を 表 ３ に 示 す 。 幅 １ ０ μ ｍ 、 長 さ ２ ０ μ ｍ と ３ ０ μ ｍ 、 深 さ ３ ０ μ ｍ の 凹 凸 で あ り 、 ア ス ペ ク ト 比 (深 さ /長 さ ) は ３ で あ る 。
130ｍｍ
10ｍｍ
スタンパ全体像 中央部像
図 ６ Ｎ ｉ 電 鋳 ス タ ン パ の 外 観 と 微 細 部 分 画 像 20P（凸）部
表 ３ レ ー ザ ー 顕 微 鏡 に よ る 測 定 結 果 Ni 電 鋳 全 体 寸 法（ ｍ ｍ ） 130×130×0.285ｔ
微 細 部 分 詳 細 30Ｐ （ 凹 ） 30Ｎ （ 凸 ） 20Ｐ （ 凹 ） 20Ｎ（ 凸 ） 平 均
幅 W（ μ ｍ ） 9.9 10.1 10.2 10.4 10.15
長 さ L（ μ ｍ ） 29.8 30.9 19.7 21.0 ―
高 さ 又 は 深 さ D（ μ ｍ ） 31.4 32.5 29.9 30.1 30.98 ア ス ペ ク ト 比 ： D/W 3.17 3.25 2.93 2.89 30.5
８ ） 急 速 加 熱 冷 却 装 置 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作
１ ５ ０ ℃ ま で の 昇 温 は 熱 媒 と ヒ ー タ と よ っ て 行 い 、 １ ５ ０ ℃ か ら ２ ０ ０ ℃ ま で 加 熱 が 必 要 な 場 合 は ヒ ー タ で 昇 温 す る 。 冷 却 は 冷 媒 に よ っ て 行 う 。 加 熱 と 冷 却 と を 切 り 換 え る 場 合 に は 、 配 管 内 の エ ア パ ー ジ を 行 い 、 排 水 溝 へ 一 部 の 熱 媒 、 冷 媒 を 排 水 す る 。 回 路 中 の 熱 冷 媒 の 切 換 は 、 バ ル ブ を １ ２ 個 配 し て 行 っ た 。 上 型 と 下 型 と を そ れ ぞ れ 単 独 で 加 熱 冷 却 す る 方 式 と し た 。 ま た 、 こ れ ら の バ ル ブ を プ レ ス の 下 に コ ン パ ク ト に 配 置 し た 。
９ ） 全 自 動 集 中 プ ロ セ ス 制 御 シ ス テ ム の 設 計 ・ 製 作
樹 脂 塗 布 装 置 か ら プ レ ス 、金 型 お よ び 周 辺・付 帯 機 器 ま で 全 て の 機 器 を 集 中 制 御 で き る 全 自 動 集 中 プ ロ セ ス 制 御 シ ス テ ム を 設 計 ・ 製 作 し た 。 本 装 置 は 主 制 御 盤 、 プ レ ス 制 御 盤 、 ロ ー カ ル コ ン ト ロ ー ル ボ ッ ク ス か ら な る 。 図 ７ は こ れ ら の 外 観 を 示 す 。 オ ペ レ ー タ の 運 転
は 、 ロ ー カ ル コ ン ト ロ ー ル ボ ッ ク ス 上 の 液 晶 タ ッ チ パ ネ ル と ス イ ッ チ に よ り 行 う 。 塗 布 装 置 は 手 動 パ ル ス 発 生 器 で Ｘ Ｚ 方 向 に 移 動 操 作 が で き る 。 プ ロ セ ス の 状 態 監 視 は 液 晶 タ ッ チ パ ネ ル 上 で 行 う 。 本 装 置 に よ り 、 従 来 は 機 器 毎 に 分 散 し て い た 制 御 装 置 が 集 約 さ れ 、 安 全 に 運 転 操 作 が で き る よ う に な っ た 。
（ ａ ） 主 制 御 盤
図 ７ 全 自 動 集 中 制 御 シ ス テ ム 制 御 盤
（ ｂ ） ロ ー カ ル コ ン ト ロ ー ル ボ ッ ク ス
1 0 ） 周 辺 機 器 の 解 析 ・ 設 計 ・ 製 作 ① 金 型 糸 切 装 置
溶 融 樹 脂 を 微 細 凹 凸 ス タ ン パ ー に 塗 布 し て Ｔ ダ イ リ ッ プ が 微 細 ス タ ン パ ー か ら 離 れ た 瞬 間 に 、 カ ッ タ ー が 前 進 し て 溶 融 樹 脂 を 切 断 す る 金 型 糸 切 装 置 を 設 計 製 作 し た 。
② Ｔ ダ イ リ ッ プ 洗 浄 装 置
溶 融 樹 脂 を 微 細 凹 凸 ス タ ン パ ー に 塗 布 し た 後 、塗 布 装 置 が プ レ ス 外 ま で 後 退 し た 時 点 で 、 Ｔ ダ イ リ ッ プ を 洗 浄 す る 装 置 を 設 計 お よ び 製 作 し た 。
③ 離 型 装 置
微 細 凹 凸 ス タ ン パ ー 上 で 成 形 さ れ た 転 写 品 の 微 細 凹 凸 を 損 傷 す る こ と な く 離 型 す る 新 規 な 手 法 を 発 明 し 、 こ れ に 基 づ い て 離 型 装 置 を 設 計 製 作 し た 。 離 型 後 に は 成 形 品 は 上 型 に 付 着 し 、 こ れ を 剥 離 さ せ た 後 、 真 空 エ ジ ェ ク タ ー 式 非 接 触 搬 送 器 で 吸 引 し 、 成 形 品 の 微 細 凹 凸 と 接 触 し な い よ う に 取 出 口 ま で 搬 送 す る 。
④ 安 全 装 置
精 密 プ レ ス の 四 面 の 開 口 部 に は 、 光 電 式 エ リ ア セ ン サ ー を 取 り 付 け た 。 局 所 ク リ ー ン 化 装 置 の 開 閉 扉 、 取 外 式 カ バ ー 及 び 材 料 ホ ッ パ ー 投 入 口 蓋 1 箇 所 に そ れ ぞ れ 近 接 セ ン サ ー を 取 り 付 け 、 こ れ ら が 開 か れ た 場 合 は プ レ ス 、 塗 布 装 置 、 移 動 テ ー ブ ル 及 び 周 辺 ・ 付 帯 機 器 の 一 部 が 非 常 停 止 す る 動 作 回 路 と し た 。 非 常 停 止 ボ タ ン を ５ 箇 所 に 設 け た 。
⑤ 空 圧 ・ 真 空 制 御 機 器
空 圧 は 、 オ イ ル フ リ ー の ス ク ロ ー ル コ ン プ レ ッ サ ー か ら 冷 凍 式 お よ び 高 分 子 膜 式 エ ア ド ラ イ ヤ ー を 介 し て 空 圧 回 路 に 供 給 す る 方 式 と し た 。
⑥ 局 所 ク リ ー ン 化 装 置
本 シ ス テ ム か ら ク リ ー ン ル ー ム へ の 発 塵 を 防 止 す る 必 要 が あ る 。 ま た 、 製 品 に コ ン タ ミ は 許 さ れ な い の で 、製 品 を 取 り 出 す 場 所 は 特 に 高 い 清 浄 度 を 必 要 と す る 。 そ こ で 、 装 置 全 体 を ア ル ミ フ レ ー ム と ア ル ミ カ バ ー お よ び 帯 電 防 止 ア ク リ ル カ バ ー で 覆 い 、 ア ル ミ カ バ ー に へ パ フ ィ ル タ ー を 設 け て 清 浄 な 空 気 を 装 置 外 か ら 金 型 取 付 部 （ 転 写 部 ） に 導 入 す る 局 所 ク リ ー ン 化 装 置 を 設 計 ・ 製 作 し た 。
1 1 ） 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 組 立 工 事
上 記 の 各 機 器 の 組 立 工 事 を 行 い 、 各 機 器 の 整 合 性 を 確 認 し た 。
1 2 ） 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 電 気 工 事
上 記 の 各 機 器 間 の 電 気 配 線 工 事 を 行 い 、 各 機 器 の 整 合 性 を 確 認 し た 。
1 3 ） 評 価 用 金 型 の 設 計
試 運 転 金 型 に 基 づ い て 、 評 価 用 金 型 を 設 計 し た 。
1 4 ） 評 価 用 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 設 計
試 運 転 用 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー に 基 づ い て 、 評 価 用 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー を 設 計 し た 。
1 5 ） 各 製 作 機 器 の 調 整 試 運 転 、 耐 久 性 ・ 安 全 性 の 確 認
各 製 作 機 器 毎 の 単 独 で の 試 運 転 を 行 い 、 性 能 を 確 認 し た 。
16） 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 調 整 試 運 転 、 耐 久 性 ・ 安 全 性 の 確 認
溶 融 微 細 転 写 装 置 に 樹 脂 を 投 入 し て 手 動 運 転 、 自 動 運 転 を 繰 り 返 し 、 表 ４ に 示 す 装 置 の 目 標 性 能 と 精 度 を 確 保 す る た め の 最 適 調 整 を 行 っ た 。 そ の 結 果 、 樹 脂 溶 融 装 置 、 樹 脂 塗 布 装 置 、 塗 布 装 置 移 動 テ ー ブ ル 、 精 密 プ レ ス 、 加 熱 冷 却 機 器 か ら 、 金 型 糸 切 装 置 、 Ｔ ダ イ 洗 浄 装 置 、 離 型 装 置 及 び 周 辺 機 器 の 全 て の 性 能 を 確 認 し 、 目 標 値 を 達 成 し た 。
表 ４ 性 能 評 価 項 目 と 目 標 値 及 び 実 績 値
① 製 品 の 最 小 厚 さ と 厚 み 分 布
塗 布 装 置 の 剛 性 を 向 上 し 、 Ｔ ダ イ 流 路 形 状 及 び 表 面 性 状 の 適 正 化 し た 結 果 、 １ ２ ０ μ ｍ 厚 さ の 微 細 構 造 体 を 成 形 す る こ と が で き た 。 Ｔ ダ イ リ ッ プ 開 度 の 調 整 機 構 を 設 け る こ と に よ り 、 塗 布 幅 方 向 の 厚 み 分 布 を 制 御 で き た 。 ま た 、 塗 布 方 向 の 厚 み 分 布 は 、 塗 布 速 度 、 樹 脂 吐 出 速 度 、 Ｔ ダ イ リ ッ プ と 微 細 凹 凸 ス タ ン パ ー と の ギ ャ ッ プ に よ り 制 御 で き た 。 こ の 結 果 、 厚 み の 変 動 は ２ ０ μ ｍ 以 下 と な っ た 。
② 生 産 サ イ ク ル
熱 媒 装 置 、 冷 媒 装 置 、 金 型 ヒ ー タ 及 び 急 速 加 熱 冷 却 回 路 に よ り 、 生 産 サ イ ク ル 時 間 ２ 分 を 達 成 し た 。 図 ８ は 、 生 産 サ イ ク ル 時 間 ２ 分 で 作 製 し た １ ０ ２ ｍ ｍ 角 、 厚 さ １ ２ ０ μ m の マ イ ク ロ レ ン ズ ア レ イ を 示 す 。 レ ン ズ 部 の 転 写 率 は ９ ９ ％ で あ る 。
性 能 項 目 目 標 値 実 績 値
製 品 の 最 小 厚 さ １ ５ ０ μ m １ ２ ０ μ ｍ
最 小 厚 み 時 の 最 大 辺 長
（ 最 大 辺 長 ／ 最 小 厚 み ）
１ ０ ０ ｍ ｍ
（ ６ ６ ７ ）
１ ０ ２ ｍ ｍ （ ８ ５ ０ ） 連 続 運 転 時 の 生 産 ｻｲｸﾙ時 間 ２ 分 以 下 ２ 分
転 写 率 ９ ８ ％ 以 上 ９ ９ ％
ア ス ペ ク ト 比 (深 さ ／ 穴 径 ) ３ 以 上 ＞ ３
附 形 可 能 な 微 細 凹 凸 部 １ ０ ０ ｎ ｍ １ ０ ０ ｎ ｍ ｽﾀﾝﾊﾟｰに 対 す る 微 細 凹 凸 部
寸 法 精 度 （ 30μ m 凹 凸 時 ） ±１ μ m 以 下 ±１ μ m
光 透 過 率 ９ ５ ％ 以 上 （ １ mm 厚 さ 時 ） ９ ５ ％ 以 上 (120μ m 目 視 ) 平 坦 性 ３ ０ μ ｍ ／ ４ ０ ｍ ｍ ２ ０ μ m（ ４ ０ ｍ ｍ 角 ） 厚 さ 変 動 ２ ５ μ ｍ （ １ ｍ ｍ 厚 さ 時 ） ２ ０ μ m(120μ m 時 )
最 高 使 用 温 度 ３ ０ ０ ℃ 以 上 ３ ５ ０ ℃
離 型 性 １ ０ ０ ％ 良 品 離 型 １ ０ ０ ％ 良 品 離 型 残 留 応 力 無 し (偏 光 板 観 察 ) 無 し （ 偏 光 板 観 察 ）
バ リ 無 し 無 し
溶 融 樹 脂 の コ ン タ ミ
無 し ① 粒 径 ５ μ m 以 下 ② 1cm 角 の 光 学 顕 微 鏡 観 察 で 1～ 5μ m 粒 が 千 個 以 下
光 学 顕 微 鏡 で 観 察 で き な い レ ベ ル
転 写 装 置 ク リ ー ン 度 ク ラ ス １ ０ ， ０ ０ ０ 以 下 ク ラ ス １ ０ ， ０ ０ ０ 以 下 附 形 装 置 樹 脂 開 閉 機 構 糸 曳 き 解 消 、開 閉 機 構 確 立 金 型 糸 切 装 置 確 立 附 形 装 置 の 先 端 洗 浄 化 汚 染 解 消 、 清 浄 機 構 確 立 Ｔ ダ イ 洗 浄 装 置 確 立
図 ８ 厚 さ １ ２ ０ μ m の マ イ ク ロ レ ン ズ ア レ イ （ φ 10μ ｍ ×５ μ ｍ 深 さ ） ③ 転 写 率 と ア ス ペ ク ト 比
図 ６ に 示 し た 試 運 転 用 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー を 用 い て 成 形 を 行 い 、 図 ９ に 示 す 厚 さ １ ４ ０ μ m、
ア ス ペ ク ト 比 ３ 以 上 （ 高 度 差 ２ ８ μ m／ 幅 ８ ． ５ μ m） の 成 形 体 を 得 た 。 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 凸 部 高 さ は ２ ７ ． ７ ～ ２ ８ ． ０ μ ｍ の 範 囲 で あ る こ と か ら 、 転 写 率 を 成 形 品 高 度 差 ／ Ｎ ｉ ス タ ン パ ー 高 度 差 と 定 義 し て ９ ９ ％ 以 上 と な っ た 。 ま た 、 成 形 品 と Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 微 細 凹 凸 部 の 差 異 は ±１ μ m 以 下 と な っ た 。
１ ０ ０ ｎ ｍ 以 下 微 細 凹 凸 の 転 写 性 も 別 の 試 験 で 実 証 し た 、 ま た 、 面 内 の 平 坦 性 に つ い て も ２ ０ μ ｍ 以 下 を 確 認 し た 。
④ 光 透 過 率 、 残 留 応 力 及 び 溶 融 樹 脂 中 の コ ン タ ミ
Ｔ ダ イ か ら 吐 出 さ れ る 溶 融 樹 脂 を 顕 微 鏡 で 観 察 し た 結 果 、コ ン タ ミ は 観 察 さ れ な か っ た 。 ま た 、 成 形 品 を 目 視 評 価 し た 結 果 、 ヘ イ ズ 等 は 存 在 し な い こ と か ら 、 光 透 過 率 は 目 標 で あ る ９ ５ ％ 以 上 で あ る と 推 察 さ れ る 。 偏 光 顕 微 鏡 で 成 形 品 を 観 察 し た 結 果 、 残 留 応 力 は 確 認 さ れ な か っ た 。 樹 脂 を 塗 布 し た 後 の 糸 曳 き や 、 Ｔ ダ イ リ ッ プ に 付 着 し た 樹 脂 が 成 形 品 に 混 入 し な い よ う に す る た め 、 Ｔ ダ イ 洗 浄 装 置 、 金 型 糸 切 装 置 を 開 発 し た 。 こ れ ら の 装 置 を 用 い て 成 形 を 行 っ た 結 果 、 Ｔ ダ イ リ ッ プ の 汚 れ や 糸 曳 き が 無 く な り 、 安 定 し た 連 続 運 転 が で き る よ う に な っ た 。
⑤ 離 型 性 と バ リ
微 細 凹 凸 を 有 す る Ｎ ｉ ス タ ン パ ー か ら 成 形 品 を 円 滑 に 離 型 す る た め の 離 型 手 法 を 本 シ ス テ ム に 盛 り 込 ん だ 。 そ の 結 果 、 図 ８ に 示 し た マ イ ク ロ レ ン ズ ア レ ィ 、 図 ９ に 示 し た 矩 形 状 凹 凸 品 と も に 円 滑 に 離 型 す る こ と が で き た 。 図 １ ０ は 、 連 続 運 転 中 に 離 型 し た 直 後 の 図 ９ の 成 形 品 を 示 す 。 円 滑 な 離 型 に よ り 、 微 細 凹 凸 の 損 傷 を 防 止 す る こ と が で き た 。
図 １ ０ 離 型 直 後 の 成 形 サ ン プ ル（ 連 続 運 転 中 ） ⑥ 局 所 ク リ ー ン 化 装 置
本 シ ス テ ム を 設 置 す る ク リ ー ン ル ー ム を 汚 染 せ ず 、 装 置 の 内 外 を 含 め て ク リ ー ン 度 を ク ラ ス １ ０ ， ０ ０ ０ 以 下 に 保 つ た め 、 局 所 ク リ ー ン 化 装 置 内 に 設 置 し た 。 本 ユ ニ ッ ト に は 、 ヘ パ フ ィ ル タ ー 、 イ オ ナ イ ザ ー 、 集 塵 機 及 び 排 気 口 を 設 け た 。 ま た 、 開 閉 可 能 な 扉 や ボ ー ド に は 安 全 Ｓ Ｗ を 設 け た 。 こ れ ら の 正 常 な 運 転 作 動 を 確 認 し た 。
以 上 の ① か ら ⑥ に よ り 、 本 シ ス テ ム の 目 標 値 を 達 成 す る こ と が で き た 。
17） 総 合 試 運 転 と 品 質 、 精 度 、 連 続 安 定 性 の 確 認
前 記 の 溶 融 微 細 転 写 装 置 に 加 え て 周 辺 ・ 付 帯 機 器 で あ る 熱 媒 装 置 、 冷 媒 装 置 、 急 速 加 熱 冷 却 装 置 、 試 運 転 用 金 型 、 試 運 転 用 Ｎ ｉ 電 鋳 ス タ ン パ ー 、 材 料 供 給 装 置 及 び 金 型 段 取 装 置 な ど を 全 自 動 集 中 制 御 シ ス テ ム で 統 合 し 、 成 形 運 転 を 行 な っ た 。 図 １ １ は 、 操 作 画 面 例 を
示 す 。 総 計 ６ ０ ０ シ ョ ッ ト 以 上 運 転 を 行 な い 、 安 定 し た 作 動 を 確 認 し た 。 以 上 に よ り 、 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム 全 体 を 実 証 す る こ と が で き た 。
図 １ １ 操 作 画 面 例 （ 塗 布 条 件 画 面 ） 18） 評 価 用 金 型 の 製 作 ・ 組 立 ・ 評 価
試 運 転 金 型 を 用 い て 行 っ た 総 合 試 運 転 調 整 に 基 づ き 評 価 金 型 を 作 製 し た 。 試 用 金 型 と 比 較 し て 温 度 分 布 、 金 型 糸 切 装 置 と の 位 置 決 め 機 構 及 び 離 型 機 構 の 改 良 を 行 っ た 。
19） 評 価 用 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 製 作 ・ 組 込 ・ 評 価
評 価 用 Ｎ ｉ 電 鋳 ス タ ン パ ー を 作 製 し た 。サ イ ズ は １ ３ ０ ｍ ｍ 角 、厚 さ ０ ．３ ｍ ｍ で あ り 、 微 細 凹 凸 の ア ス ペ ク ト 比 （ 凹 の 深 さ ／ 凹 の 幅 ） は ３ と な っ た 。 微 細 凹 凸 パ タ ー ン を ス タ ン パ ー の ５ 箇 所 に 配 置 し た 。
20） 周 辺 機 器 の 設 計 ・ 製 作 ・ 評 価
周 辺 機 器 と し て 、 熱 媒 供 給 装 置 、 冷 媒 供 給 装 置 、 配 管 備 品 （ 空 気 、 真 空 、 窒 素 、 工 場 エ ア ー 、工 場 水 、熱 冷 媒 ）、材 料 供 給 装 置（ ク リ ー ン オ ー ブ ン ）及 び 金 型 搬 送 用 ス テ ン レ ス リ フ タ ー を 作 製 し た 。 さ ら に 、 こ れ ら 周 辺 機 器 を 統 合 す る 電 気 配 線 及 び 制 御 シ ス テ ム の 構 築 を 行 っ た 。 そ の 結 果 、 こ れ ら の 周 辺 機 器 と 溶 融 微 細 転 写 装 置 と 連 結 し た 全 自 動 集 中 制 御 シ ス テ ム を 確 立 し 、 操 作 性 、 安 全 性 と も に 試 用 に 供 す る こ と が で き る シ ス テ ム を 完 成 し た 。 図 １ ２ は 熱 媒 、 冷 媒 供 給 装 置 、 図 １ ３ は 急 速 加 熱 冷 却 装 置 、 図 １ ４ は 空 圧 、 真 空 、 窒 素 、 集 塵 、 冷 却 水 回 路 機 器 、 図 １ ５ は 真 空 吸 着 、 真 空 破 壊 回 路 機 器 を 示 す 。
21） 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 塗 装 工 事
溶 融 微 細 転 写 装 置 、 制 御 盤 及 び 周 辺 ・ 付 帯 機 器 等 を 試 用 場 所 に 据 え 付 け る 前 に 、 装 置 全 体 の 洗 浄 と 塗 装 及 び 防 塵 包 装 を 行 な っ た 。
図 １ ５ 真 空 吸 着 ・ 真 空 破 壊 回 路 機 器 図 １ ３ 急 速 加 熱 冷 却 装 置 図 １ ２ 熱 媒 、 冷 媒 供 給 装 置
図 １ ４ 空 圧・真 空・窒 素・集 塵・冷 却 水 回 路 機 器
22） 試 用 場 所 へ の 据 付 ・ 試 運 転 ・ 調 整 工 事
溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム を 梱 包 し て 試 用 場 所 に 輸 送 し 据 付 ・ 試 運 転 ・ 調 整 工 事 を 行 っ た 。
23） 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 点 検 ・ 保 守 ・ メ ン テ ナ ン ス 工 事
装 置 の 性 能 維 持 及 び 性 能 目 標 の 達 成 は も と よ り 、 安 全 性 、 操 作 性 及 び ク リ ー ン 環 境 を 維 持 す る た め 、 保 守 及 び 点 検 を 行 な っ た 。
［ 問 題 点 ］
溶 融 微 細 転 写 プ ロ セ ス を 全 自 動 で 運 転 し て 成 形 品 を 連 続 的 か つ 安 定 に 生 産 す る た め に 必 要 な 全 て の 機 器 を 準 備 し た 結 果 、何 も 不 足 す る も の は 無 く 成 形 品 を 作 製 す る こ と が で き た 。 し か し 、 周 辺 機 器 が 多 く な り 設 置 ス ペ ー ス が 大 き く な っ た 。 ま た 、 配 線 配 管 が 輻 輳 し た 。 今 後 、 機 能 を 集 約 し て シ ン プ ル 化 及 び 省 ス ペ ー ス 化 す る こ と に よ り 、 さ ら な る 普 及 促 進 が 可 能 に な る と 考 え ら れ る 。
（ ２ ） 試 用 過 程
［ 試 用 体 制 ］
株 式 会 社 ク ラ レ つ く ば 研 究 所
［ 実 施 結 果 ］
１ ） 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 性 能 評 価
本 装 置 を 構 成 す る 樹 脂 溶 融 装 置 、 樹 脂 塗 布 装 置 、 加 圧 附 形 装 置 、 金 型 及 び 周 辺 機 器 の 運 転 を 行 い 、機 械 装 置 と し て の 計 測 デ ー タ を 収 集 し 、安 全 性 お よ び 運 転 の 安 定 性 を 評 価 し た 。 ① 温 度 制 御
樹 脂 溶 融 装 置 ・ 塗 布 装 置 の 温 度 制 御 性 能 を 評 価 す る た め 、 樹 脂 溶 融 装 置 ・ 塗 布 装 置 を ２ ４ ０ ℃ に 設 定 し 、 熱 電 対 を 用 い 温 度 測 定 を 実 施 し た 。 そ の 結 果 、 樹 脂 可 塑 化 エ リ ア か ら Ｔ ダ イ に 達 す る 全 測 定 点 に お い て ２ ４ ０ ℃ ±０ ． ５ ℃ で あ っ た 。 本 結 果 か ら 、 樹 脂 溶 融 工 程 に お け る 温 度 制 御 は 安 定 性 が あ る と 判 断 し た 。
ま た 、 金 型 温 度 を ２ ０ ～ ２ ０ ０ ℃ の 範 囲 で 設 定 し 、 表 面 温 度 測 定 を 実 施 し た 。 各 測 定 点 に お い て 設 定 温 度 ±３ ℃ 以 内 で あ っ た 。 本 結 果 か ら 、 金 型 の 温 度 制 御 に お い て 安 定 性 お よ び 面 内 均 一 性 が あ る と 判 断 し た 。
② 塗 布 制 御
樹 脂 塗 布 装 置 の 膜 厚 制 御 性 能 を 確 認 す る た め 、 膜 厚 １ ４ ０ ～ ２ １ ０ μ m の 範 囲 に 目 標 値 を 設 定 し 、 塗 布 試 験 を 実 施 し た 。 使 用 樹 脂 は Ｍ Ｂ Ｓ 樹 脂 （ メ チ ル メ タ ク リ レ ー ト ・ ブ タ ジ エ ン・ス チ レ ン 樹 脂 ）を 使 用 し た 。塗 布 膜 の 面 内 厚 み 分 布 を 測 定 し た 結 果 、目 標 値 ±５ μ m 以 内 で あ り 、 樹 脂 塗 布 工 程 に お い て 安 定 し た 膜 厚 制 御 性 能 が あ る と 判 断 し た 。
③ 加 圧 制 御
加 圧 附 形 装 置 の 加 圧 制 御 性 能 を 確 認 す る た め 、 加 圧 力 を １ ～ １ ０ Ｍ Ｐ ａ （ １ ０ ～ １ ０ ０ ｋ Ｎ ） の 範 囲 に 設 定 し 加 圧 試 験 を 行 っ た 。 全 て の 圧 力 範 囲 で 再 現 良 く 設 定 値 ±１ ％ の 精 度 で 加 圧 制 御 が 可 能 で あ る こ と を 確 認 し た 。 本 結 果 か ら 加 圧 賦 形 装 置 に お い て 加 圧 制 御 に 安 定 性 が あ る と 判 断 し た 。
④ 安 全 性
・ イ ン タ ー ロ ッ ク
電 動 ハ イ ブ リ ッ ト プ レ ス 周 辺 の 光 電 式 エ リ ア セ ン サ ー 、 局 所 ク リ ー ン 化 装 置 の 開 閉 扉 、 取 り 外 し カ バ ー 及 び 材 料 ホ ッ パ ー 投 入 口 の 近 接 セ ン サ ー の 動 作 試 験 を 行 っ た 結 果 、 イ ン タ ー ロ ッ ク 解 除 中 は 動 作 開 始 し な い こ と 、 お よ び 運 転 中 に イ ン タ ー ロ ッ ク 解 除 す る こ と で 動 作 停 止 す る こ と を 確 認 し 、 イ ン タ ー ロ ッ ク に よ っ て 安 全 性 が 確 保 さ れ て い る と 判 断 し た 。
・ 非 常 停 止 ボ タ ン
装 置 周 辺 お よ び コ ン ト ロ ー ル ボ ッ ク ス に 設 置 さ れ て い る ５ 箇 所 の 非 常 停 止 ボ タ ン の 動 作 試 験 を 行 っ た 。動 作 中 に 全 て の 非 常 停 止 ボ タ ン に お い て 非 常 停 止 が か か る こ と を 確 認 し た 。 ま た 、 装 置 操 作 者 が 使 用 可 能 な 位 置 に 非 常 停 止 ボ タ ン の 設 置 さ れ て い る こ と を 確 認 し た 。 以 上 の 結 果 か ら 、 非 常 停 止 ボ タ ン に よ っ て 安 全 性 が 確 保 さ れ て い る と 判 断 し た 。
・ 酸 素 濃 度 計
窒 素 使 用 箇 所 周 辺 で の 窒 息 防 止 措 置 を 評 価 し た 結 果 、窒 素 ラ イ ン か ら の 窒 素 漏 洩 は な く 、 ま た 、 酸 素 濃 度 計 が 適 切 な 位 置 に 設 置 さ れ 、 か つ 正 常 に 動 作 す る こ と を 確 認 し 、 安 全 性 が 確 保 さ れ て い る と 判 断 し た 。
２ ） 試 作 サ ン プ ル の 品 質 評 価
本 シ ス テ ム の 作 製 し た 試 作 サ ン プ ル の 品 質 評 価 を 行 う た め 、 マ イ ク ロ 流 体 チ ッ プ （ 細 胞 培 養 用 三 次 元 パ タ ー ン ）を モ デ ル ケ ー ス と し て 、１ ０ ０ mm 角 の 中 に ア ス ペ ク ト 比 ３ の 微 細 凹 凸 領 域 を ５ 箇 所 配 置 し た １ ３ ０ mm 角 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー（ 評 価 用 ）を 金 型 に 装 着 し て 試 作 を 行 い 、 評 価 し た 。 図 １ ６ に 使 用 し た Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 外 観 写 真 を 示 す 。 ま た 、 Ｎ ｉ ス タ ン パ ー の 元 と な る フ ォ ト レ ジ ス ト 体 の パ タ ー ン 部 の 断 面 お よ び 外 観 を 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 （ 以 下 、 Ｓ Ｅ Ｍ と 略 す ） に よ り 撮 影 、 そ の Ｓ Ｅ Ｍ 像 を 図 １ ７ に 示 す 。
図 １ ７ フ ォ ト レ ジ ス ト パ タ ー ン （ Ｓ Ｅ Ｍ 像 ） 図 １ ６ Ｎ ｉ ス タ ン パ ー （ 外 観 写 真 ）
試 作 サ ン プ ル の 作 製 に あ た り 、 成 形 条 件 の 検 討 を 行 っ た 。 サ ン プ ル の 観 察 ・ 評 価 に は 、 光 学 顕 微 鏡 及 び Ｓ Ｅ Ｍ を 用 い た 。 成 形 条 件 の 主 な 検 討 項 目 を 表 ５ に 示 す 。 加 圧 力 を ５．０ Ｍ Ｐ ａ 、 加 圧 時 間 を ６ ０ ｓ 、 成 形 時 金 型 温 度 を １ ５ ０ ℃ 、 離 型 時 金 型 温 度 を ７ ９ ℃ （ 上 金 型 ）お よ び ７ １ ℃（ 下 金 型 ）、離 型 速 度 を ５．０μ ｍ ／ ｓ に す る こ と で 、成 形 不 良 の な い 良 サ ン プ ル の 作 製 に 成 功 し た 。 ま た 、 こ の 成 形 条 件 を 用 い た 連 続 運 転 に よ っ て 、 安 定 し た サ ン プ ル 作 製 が 可 能 で あ る こ と を 確 認 し た 。
表 ５ 細 胞 培 養 パ タ ー ン 成 形 条 件
前 記 成 形 条 件 で の 成 形 品 の 外 観 写 真 を 図 １ ８ 、 お よ び Ｓ Ｅ Ｍ 像 を 図 １ ９ に 示 す 。 得 ら れ た 成 形 品 の 微 細 部 寸 法 を 非 接 触 型 三 次 元 測 定 機 に て 測 定 し た 結 果 、 幅 １４．２μ ｍ / 高 さ ４３．７μ m と ア ス ペ ク ト 比 ３ を 保 持 し て い た 。ま た 、バ リ 、未 充 填 な ど の 成 形 不 良 は 確 認 さ れ ず 、 有 効 エ リ ア １ ０ ０ ｍ ｍ 角 に お い て 均 一 に 成 形 可 能 で あ り 、 実 用 的 な 成 形 能 力 と 十 分 な 面 内 均 一 性 が あ る と 判 断 し た 。
前 記 試 作 成 形 品 を 用 い て 、 各 種 の 性 能 評 価 を 実 施 し た 。 製 品 全 体 の 形 状 と し て 、 目 標 値 を 超 え る １ ４ ０ μ ｍ の 薄 さ を 実 現 し て お り 、ま た 、平 坦 性 も １ ０ μ m／ ４ ０ mm（ 膜 厚 １ ５ ０ μ m 時 ） で あ っ た こ と か ら 、 高 精 度 な 薄 膜 作 製 が 可 能 で あ る と 判 断 し た 。 ま た 、 微 細 凹 凸 部 の 形 状 に お い て は 、 ３ を 超 え る 高 ア ス ペ ク ト 比 に も 関 わ ら ず 、 ９ ９ ％ の 転 写 率 、 寸 法 精 度 ±０．９μ m、 １ ０ ０ ％ の 良 品 離 型 と い う 結 果 が 得 ら れ 、 高 精 度 な 微 細 転 写 性 能 を 有 す る と 判 断 し た 。 具 体 的 な 性 能 目 標 に 対 す る 実 績 値 の 詳 細 は 表 ６ に 示 す 通 り で あ り 、 い ず れ の 項 目 に お い て も 目 標 性 能 を 達 成 し た 。
図 １ ８ 成 形 品 （ 外 観 写 真 ）
図 １ ９ 成 形 品 （ Ｓ Ｅ Ｍ 像 ）
前 記 の 結 果 な ら び に 本 試 作 品 が 実 用 に 供 す る こ と が 可 能 で あ る と の 結 果 を 得 た こ と か ら 、 本 シ ス テ ム お よ び 装 置 が 、 微 細 凹 凸 部 を 有 す る 薄 膜 成 形 品 作 製 に 極 め て 有 用 で あ る と 判 断 し た 。
３ ） 品 質 安 定 性 、 連 続 運 転 安 定 性 、 操 作 性 等 の 評 価
品 質 安 定 性 、 装 置 の 耐 久 性 、 シ ス テ ム の 信 頼 性 、 自 動 運 転 性 能 を 確 認 す る た め 本 装 置 な ら び に マ イ ク ロ 流 体 チ ッ プ （ 細 胞 培 養 パ タ ー ン ） ス タ ン パ ー を 用 い て 、 ２ ０ 回 の 繰 返 し 連 続 運 転 を 行 っ た 。得 ら れ た 成 形 品 を 光 学 顕 微 鏡 お よ び Ｓ Ｅ Ｍ で 微 細 凹 凸 部 を 観 察 し た と こ ろ 、 再 現 性 良 く 安 定 し た 品 質 の 成 形 品 が 得 ら れ て い た 。 ま た 本 連 続 自 動 運 転 に お い て 、 装 置 お よ び シ ス テ ム に 異 常 は 確 認 さ れ ず 、 操 作 性 良 く 、 安 定 運 転 が 可 能 で あ っ た 。
前 記 結 果 よ り 、 本 シ ス テ ム は 製 品 の 生 産 に 用 い る こ と が 可 能 で あ る と 判 断 し た 。
表 ６ 性 能 評 価 項 目 と 目 標 値 、 お よ び 実 績 値
性 能 項 目 目 標 値 実 績 値
製 品 の 最 小 厚 さ １ ５ ０ μ m １ ４ ０ μ ｍ
最 小 厚 み 時 の 最 大 辺 長
（ 最 大 辺 長 ／ 最 小 厚 み ）
１ ０ ０ ｍ ｍ
（ ６ ６ ７ ）
１ ０ ０ ｍ ｍ （ ７ １ ４ ） 連 続 運 転 時 の 生 産 ｻｲｸﾙ時 間 ２ 分 以 下 ２ 分
転 写 率 ９ ８ ％ 以 上 ９ ９ ％
ア ス ペ ク ト 比 (深 さ ／ 穴 径 ) ３ 以 上 ３ ．０ ８ (４ ３ ．７ /１ ４ ．２ ) 附 形 可 能 な 微 細 凹 凸 部 １ ０ ０ ｎ ｍ １ ０ ０ ｎ ｍ
ｽﾀﾝﾊﾟｰに 対 す る 微 細 凹 凸 部
寸 法 精 度 （ 30μ m 凹 凸 時 ） ±１ μ m 以 下 ±０ ． ９ μ m 光 透 過 率 ９ ５ ％ 以 上 （ １ mm 厚 さ 時 ） ９ ６ ％
平 坦 性 ３ ０ μ ｍ ／ ４ ０ ｍ ｍ １ ０ μ ｍ （ 膜 厚 １ ５ ０ μ ｍ ） ２ ３ μ ｍ （ 膜 厚 １ ｍ ｍ ） 厚 さ 変 動 ２ ５ μ ｍ （ １ ｍ ｍ 厚 さ 時 ） １ ０ μ ｍ
最 高 使 用 温 度 ３ ０ ０ ℃ 以 上 ３ １ ０ ℃
離 型 性 １ ０ ０ ％ 良 品 離 型 １ ０ ０ ％ 良 品 離 型 残 留 応 力 無 し (偏 光 板 観 察 で 分 布 が
見 え な い 事 )
無 し
バ リ 無 し ① 金 型 へ の 残 存 無 き 事
② 製 品 外 観 に 影 響 無 き 事
無 し ① 残 存 無 し ② 影 響 無 し 溶 融 樹 脂 の コ ン タ ミ
無 し ① 粒 径 ５ μ m 以 下 ② 1cm 角 の 光 学 顕 微 鏡 観 察 で 1～ 5μ m 粒 が 千 個 以 下
無 し ① 無 し ② 100 個 以 下 転 写 装 置 ク リ ー ン 度 ク ラ ス １ ０ ， ０ ０ ０ 以 下 ク ラ ス １ ０ ， ０ ０ ０ 附 形 装 置 樹 脂 開 閉 機 構 糸 曳 き 解 消 、開 閉 機 構 確 立 開 閉 動 作 時 の 糸 卑 き 無 し 附 形 装 置 の 先 端 洗 浄 化 汚 染 解 消 、 清 浄 機 構 確 立 洗 浄 動 作 に よ り 汚 染 無 し
［ 問 題 点 ］
装 置 の メ ン テ ナ ン ス 性 を 考 慮 し た シ ン プ ル 化 を す れ ば 、さ ら な る 普 及 促 進 が 期 待 で き る 。
５ ． 成 果
（ １ ） 技 術 的 、 経 済 的 成 果
本 事 業 で は 、 商 用 に 供 す る こ と の で き る 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム １ 号 機 を 世 界 で は じ め て 完 成 し 、 射 出 成 形 、 熱 ナ ノ イ ン プ リ ン ト 及 び ロ ー ル 転 写 等 の 他 の 工 法 よ り も 格 段 に 優 れ た 新 た な 微 細 転 写 法 と し て 市 場 に 提 供 す る こ と が 可 能 と な っ た 。 そ の 結 果 、 高 品 質 の プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 を 量 産 す る こ と が 可 能 と な り 、 電 子 デ ィ ス プ レ ィ 、 光 メ デ ィ ア 、 ラ イ フ サ イ エ ン ス 及 び 半 導 体 ・ 電 子 回 路 分 野 に お い て 、 微 細 加 工 製 品 の 実 用 化 に 寄 与 し 、 新 た な 市 場 を 創 成 及 び 拡 大 す る た め の シ ス テ ム を 構 築 で き た 。 本 事 業 で 得 ら れ た 主 要 な 技 術 成 果 は 以 下 の 通 り で あ る 。
① 最 も 高 い 微 細 転 写 率 の 実 現
溶 融 微 細 転 写 は 、 こ れ ま で の 種 々 の 転 写 試 験 の 結 果 、 射 出 成 形 、 ナ ノ イ ン プ リ ン ト 、 ロ ー ル 転 写 な ど の 他 の 工 法 に 比 べ て 、 熱 可 塑 性 樹 脂 で 最 も 高 い 微 細 転 写 率 を 達 成 で き る こ と が 実 証 で き て き て い る 。 こ の 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム が 確 立 し た こ と に よ り 、 高 品 質 の プ ラ ス チ ッ ク 微 細 転 写 製 品 を 安 定 し て 市 場 に 提 供 す る こ と が 可 能 に な っ て き た 。
② ア ス ペ ク ト 比 ３ の 実 現
溶 融 微 細 転 写 技 術 お よ び 離 型 技 術 を 確 立 し た こ と に よ っ て 、 微 細 凹 凸 の ア ス ペ ク ト 比 が ３ 以 上 の 成 形 品 を 作 製 で き る よ う に な っ た 。
③ 高 品 位 の 厚 さ １ ５ ０ μ ｍ 以 下 の 微 細 転 写 体 の 安 定 成 形
高 剛 性 で 高 性 能 の 樹 脂 塗 布 装 置 を 完 成 し た こ と に よ り 、 均 一 な １ ５ ０ μ ｍ 以 下 の 厚 さ を 有 す る プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 を 安 定 し て 成 形 で き る よ う に な っ た 。
④ 製 品 の コ ン タ ミ 解 消 と ク リ ー ン 化
樹 脂 流 路 設 計 の 改 善 に 加 え て 、 Ｔ ダ イ 洗 浄 装 置 、 金 型 糸 切 装 置 を 完 成 し た こ と に よ り 、 従 来 の 課 題 で あ っ た コ ン タ ミ を 解 消 し 光 透 過 率 の 高 い 成 形 品 を 作 製 で き る よ う に な っ た 。 ⑤ 安 定 し た 離 型 技 術 の 確 立
従 来 の ナ ノ イ ン プ リ ン ト で 課 題 と な っ て い た 微 細 凹 凸 か ら の 成 形 品 の 離 型 に 関 し 、 溶 融 微 細 転 写 で は 比 較 的 に 離 型 が 容 易 で あ る と と も に 、 新 た な 離 型 手 法 を 組 み 込 ん だ こ と に よ り 、 円 滑 な 離 型 を 実 現 す る こ と が で き た 。
⑥ 生 産 サ イ ク ル 時 間 ２ 分 以 内 の 達 成
従 来 の ナ ノ イ ン プ リ ン ト で は 生 産 サ イ ク ル 時 間 が １ ０ 分 以 上 を 要 し て い た が 、 本 事 業 の 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム で は ２ 分 以 下 を 実 現 で き た 。 こ の 結 果 、 製 品 コ ス ト の 削 減 が 可 能 と な り 、 プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 の 量 産 、 実 用 化 に 貢 献 す る こ と が 可 能 に な っ た 。
⑦ 全 自 動 集 中 制 御 シ ス テ ム の 確 立 と 安 全 性 ・ 操 作 性 の 確 立
塗 布 装 置 、 プ レ ス 、 加 熱 冷 却 機 器 及 び 周 辺 ・ 付 帯 機 器 を 一 括 し て 操 作 で き る 全 自 動 集 中 制 御 シ ス テ ム を 確 立 し た こ と に よ り 、ユ ー ザ が 安 全 に 成 形 運 転 を す る こ と が 可 能 と な っ た 。 ま た 、 製 品 の 量 産 に 必 要 な 全 自 動 運 転 を 実 現 す る こ と が 可 能 に な り 、 プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 の 量 産 、 実 用 化 に 貢 献 す る こ と が 可 能 と な っ た 。
⑧ 多 様 な 樹 脂 材 料 を 用 い た プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 の 実 現
従 来 の ナ ノ イ ン プ リ ン ト で は 基 材 が フ ィ ル ム ・ シ ー ト 材 料 に 限 定 さ れ て い た が 、 本 事 業 の 溶 融 微 細 転 写 に よ っ て 、 ど の よ う な 熱 可 塑 性 樹 脂 か ら で も ペ レ ッ ト や パ ウ ダ ー 状 の 原 料 か ら 薄 肉 大 面 積 の 微 細 加 工 製 品 を 作 製 す る こ と が 可 能 に な っ た 。 こ の 結 果 、 汎 用 樹 脂 か ら エ ン ジ ニ ア リ ン グ プ ラ ス チ ッ ク ま で 幅 広 い 樹 脂 原 料 で プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 を 作 製 し 、 市 場 を 創 成 及 び 拡 大 す る こ と が 可 能 と な っ た 。
⑨ 本 技 術 の 適 用 領 域 の 明 確 化
本 事 業 に よ り 、 本 シ ス テ ム は 数 百 ｎ ｍ か ら 数 百 μ ｍ ま で 幅 広 い レ ン ジ の 微 細 凹 凸 を 高 い 転 写 率 で 成 形 で き 、 薄 肉 か つ 大 面 積 の 成 形 品 を 作 製 す る の に 適 す る こ と が わ か っ た 。 こ の 結 果 、 本 シ ス テ ム は 、 多 数 個 取 り の マ イ ク ロ 流 体 チ ッ プ か ら 薄 肉 大 面 積 の デ ィ ス プ レ ィ 用 光 学 フ ィ ル ム に 至 る ま で 、 幅 広 く 適 用 で き る と 考 え ら れ る 。
（ ２ ） 今 後 の 問 題 点
現 在 は 、 周 辺 機 器 を は じ め と し て 微 細 転 写 に 必 要 な 機 器 の 数 が 多 い 。 溶 融 微 細 転 写 を 射 出 成 形 機 な み に 普 及 拡 大 し て い く た め に は 、 仕 様 の 絞 込 み と 簡 素 化 を 行 い 、 よ り シ ン プ ル な シ ス テ ム に ま と め て い く 必 要 が あ る 。 特 別 な 技 能 や 熟 練 が 無 く て も 、 誰 で も 成 形 で き る よ う に 、 操 作 性 や メ ン テ ナ ン ス 性 を 向 上 さ せ る こ と も 必 要 で あ る 。 生 産 性 は 、 射 出 成 形 に お け る 数 秒 ～ 数 十 秒 の サ イ ク ル タ イ ム に 比 べ る と ２ 分 は ま だ 長 い 。こ の た め ２ 分 か ら １ 分 、 さ ら に は 数 十 秒 へ と サ イ ク ル 時 間 を 短 く し て い く た め の 持 続 的 な 工 夫 改 善 が 必 要 で あ る 。
付 １ ． シ ス テ ム の 性 能
す で に 表 ４ に 示 し た 通 り で あ る 。
付 ２ ． シ ス テ ム の 仕 様
表 ７ 溶 融 微 細 転 写 シ ス テ ム の 主 仕 様
構 成 装 置 項 目 仕 様 値
製 作 可 能 製 品 サ イ ズ 22mm 角 ,48mm 角 ,102mm 角 ,150mm 角 (金 型 交 換 必 要 )
40mm 角 ,70mm 角 ,130mm 角 ､178mm 角 装 着 可 能 ｽﾀﾝﾊﾟｰｻｲｽﾞ
(厚 さ 0.3～ 0.5mm： 金 型 交 換 必 要 ) 転 写 製 品 仕 様
製 作 可 能 製 品 厚 さ 120μ m～ 数 mm(樹 脂 に 依 存 ) 使 用 可 能 樹 脂 熱 可 塑 性 樹 脂 (ﾌｨﾙﾑ､射 出 ｸﾞﾚｰﾄﾞ等 ) 最 高 使 用 樹 脂 温 度 ３ ５ ０ ℃
装 置 外 形 寸 法 本 体 W3555×L1123×H2500(ｶﾊﾞｰ除 外 )
装 置 重 量 総 重 量 約 ６ ton
本 体 (ｻｰﾎﾞ､温 調 、 補 器 含 む ) 75kW(200V200A)
プ レ ス 10kW(200V50A)
熱 媒 装 置 8kW(200V30A)
電 気 容 量
冷 媒 装 置 7.1kW(200V30A)
樹 脂 溶 融 装 置 押 出 量 10kg/h
樹 脂 塗 布 装 置 塗 布 樹 脂 量 15.7cc
最 大 塗 布 速 度 100mm/s
塗 布 装 置 移 動 テ ー ブ ル
最 大 上 昇 下 降 速 度 35mm/s
金 型 取 付 盤 面 ｻｲｽﾞ 350×350mm
デ ー ラ イ ト 500mm
シ ャ ッ ト ハ イ ト 200mm
高 精 度 プ レ ス
プ レ ス 力 制 御 範 囲 型 閉 4～ 40ton
製 品 サ イ ズ 102mm 角
装 着 可 能 ｽﾀﾝﾊﾟｰｻｲｽﾞ 130mm(厚 さ 0.3～ 0.5mm) 金 型
製 作 可 能 製 品 厚 さ 120μ m～ 数 mm(樹 脂 に 依 存 ) 操 作 盤 ﾀｯﾁﾊﾟﾈﾙ、 手 動 ﾊﾟﾙｽ発 生 器 ､ｽｲｯﾁ 全 自 動 集 中 ﾌﾟﾛｾｽ制 御
運 転 ﾓｰﾄﾞ 手 動 、 自 動 、 ﾊﾝﾄﾞﾙ教 示 、 原 点 復 帰 3m3/min
局 所 ｸﾘｰﾝ化 装 置 ﾍﾊﾟﾌｨﾙﾀｰ風 量
熱 媒 装 置 熱 媒 温 度 範 囲 １ ０ ～ １ ５ ０ ℃
冷 媒 装 置 冷 媒 温 度 範 囲 ７ ～ ３ ０ ℃
金 型 糸 切 装 置 適 応 ｽﾀﾝﾊﾟｰｻｲｽﾞ ４ 0～ 164mm Ｔ ダ イ 洗 浄 装 置 適 応 Ｔ ﾀﾞｲﾘｯﾌﾟ幅 150mm 以 下
離 型 装 置 適 応 製 品 ｻｲｽﾞ 150mm 角 以 下
エ ア ー コ ン プ レ ッ サ ー 形 式 ｽｸﾛｰﾙｺﾝﾌﾟﾚｯｻｰ(ﾄﾞﾗｲﾔ付 )
真 空 ポ ン プ 形 式 ﾀﾞｲﾔﾌﾗﾑ式 ﾄﾞﾗｲ真 空 ﾎﾟﾝﾌﾟ
Ｎ ２ 加 圧 回 路 許 容 加 圧 力 ０ ． １ Ｍ Ｐ a
集 塵 機 形 式 ﾍﾊﾟﾌｨﾙﾀ付 ｸﾘｰﾝﾀｲﾌﾟ
付 ３ ． 今 後 ５ 年 間 の 需 要 推 計
ナ ノ イ ン プ リ ン ト 装 置 の 市 場 予 測 に 基 づ く 溶 融 微 細 転 写 装 置 の 需 要 予 測 を 表 ８ に 示 す 。 製 作 者 の 市 場 占 有 率 が ５ ％ か ら ２ １ ％ へ と 増 加 す る と 仮 定 し て い る 。 ２ ０ ０ ７ 年 度 に は ４ 台 、 ２ ０ １ １ 年 度 に は ３ ４ 台 の 需 要 が 見 込 ま れ る 。
表 ８ ナ ノ イ ン プ リ ン ト 装 置 市 場 予 測 に 基 づ く 需 要 予 測
2007 2008 2009 2010 2011 74 83 92 100 160 5.0 9.0 13.0 17.0 21.0
4 7 12 17 34
製作者シェアー（％）
溶融微細転写の需要予測／台数 予測項目 西暦 ナノインプリント装置／台数
（ 富 士 経 済 「 2006ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー 関 連 市 場 の 現 状 と 将 来 展 望 」）
ま た 、 電 子 デ ィ ス プ レ ィ 、 光 メ デ ィ ア 、 ラ イ フ サ イ エ ン ス そ の 他 の 分 野 の 微 細 加 工 製 品 の 公 開 さ れ て い る 市 場 予 測 デ ー タ の 中 で 、 ガ ラ ス か ら プ ラ ス チ ッ ク へ 、 射 出 成 形 や フ ィ ル ム ・ シ ー ト 成 形 か ら 溶 融 微 細 転 写 法 へ の 代 替 率 を １ ０ ％ と 仮 定 し た 。 ま た 、 プ ラ ス チ ッ ク 産 業 で は 最 終 製 品 の ５ ％ が 装 置 市 場 で あ る の で 、 前 記 プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 の ５ ％ を 装 置 市 場 と し た 。 射 出 成 形 機 の 市 場 占 有 率 を 基 に 、 シ ェ ア ー が 最 低 ５ ％ か ら ３ ３ ％ ま で 増 加 す る と 仮 定 し た 。 そ の 場 合 の 製 作 者 の 受 注 予 測 を 下 表 に 示 す 。 ２ ０ ０ ７ 年 度 に は ５ 台 、 ２ ０ １ １ 年 度 に は ２ ４ 台 の 需 要 が 見 込 ま れ る 。
表 ９ プ ラ ス チ ッ ク 微 細 加 工 製 品 市 場 に 基 づ く 装 置 の 需 要 予 測
2007 2008 2009 2010 2011 10.0 20.0 30.0 32.0 33.0
5 11 18 22
予測項目 西暦年 製作者シェア(％)
製作者需要予測/台数 24
料 ： 参 考 資
電 子 デ ィ ス プ レ ィ ：「 液 晶 関 連 市 場 の 現 状 と 将 来 展 望 」 「 液 晶 ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｨ分 野 の 透 明 ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ」
光 メ デ ィ ア ：「 光 産 業 振 興 協 会 資 料 」
ラ イ フ サ イ エ ン ス ：「 MEMS関 連 動 向 調 査 資 料 」（ 富 士 キ メ ラ ） そ の 他 ： 新 エ ネ ル ギ ー ｢太 陽 電 池 の 動 向 と 将 来 展 望 」
