【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.23】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22TT0045
利用課題名 / Title
撥水機能のためのマイクロテクスチャ付き圧延ロールの製作
利用した実施機関 / Support Institute
豊田工業大学 / Toyota Tech.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
形状・形態観察,バイオミメティクス,撥水、機能性表面,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
井坂 太聞
所属名 / Affiliation
豊田工業大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
福本由美子,中山幸子
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TT-005：マスクレス露光装置
TT-006：マスクアライナ装置
TT-008：洗浄ドラフト一式
TT-007：レジスト処理（アッシング）装置
TT-018：非接触３次元表面形状・粗さ測定機
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
研究室グループは、潜像付きのレジスト膜を貼り付ける方法で、圧延ロール面にマイクロテクスチャ微細パターンをフォトリソグラフィ加工によって製作できることを示した[1]。但し、圧延ロール鋼材に形状を刻むため、等方性ウェットエッチングを使ったため、アスペクト比は0.1程度の浅い構造に留まった。これを、微細で深い（または高い）高アスペクト比構造の硬質材料で作れるように改良する。ハスの葉が持つ撥水機能を創る場合など、バイオミメティクス分野では、凹凸構造のアスペクト比1以上が求められることが多い。この実現に、レジスト膜の微細パターンを元にした、めっき堆積が良いことに気付いた。レジスト膜に覆われていない部分にめっきを堆積し、レジスト膜を除去して凹凸違いの硬質材料に替える。レジスト膜厚まで高い構造が得られる。エッチングとは異なり、鋼の結晶粒が悪影響せず、スムーズな形状が得られる。熱交換フィン表面に撥水構造を転写するため、圧延ロール上にハスの葉に似せた微細凹凸構造を製作した。研究室で初めて曲面上に10μm以上の高さ、アスペクト比1以上の凹凸を製作できた。
実験 / Experimental
Fiｇ.1に圧延ロール面への微細凹凸形成プロセスを示す。①8μm角の正方形が12μmピッチで並んだパターンを持つガラスマスクに、液体PVAとレジストをスピン成膜した。更にレジストTHMR-iP5700HP, 100cPを500rpmで10s、750rpmで30sスピン成膜した。②ガラス側からi線を550mJ/㎠露光した。③ガラスマスクからPVA/レジスト膜を.剥がした。この膜をロールに巻き付けて真空パックした。80℃の空気循環路で30分熱圧着した。④水にさらしてPVAを溶解した。⑤現像液にてレジスト膜を現像した。⑥酸素プラズマによりロール面にありえるレジスト残渣を除去した。この段階でレジストパターンの厚みは約11μmであった。⑦光沢Niめっきを狙い10μmで堆積した（外注）。⑧ロールをアセトン浸漬してレジストを除去した。
結果と考察 / Results and Discussion
Fiｇ.2(a)はNiめっき微細凹凸を形成した圧延ロール面を非接触3次元表面形状・粗さ測定機にて測定した結果である。Niの.規則的な凸構造ができている。Fiｇ.2(b)はロールに対してPVA液で型取りして剥がした形状で、凹凸が逆転している。(a)よりも2倍だけズームレンズ倍率が低倍率で、広域の形状からロール円筒面のRが見られる。凹凸高さ約12.2μmである。幅は約7.7μmである。但し、面内方向は解像度不足のため誤差があると考えられる。デザイン幅8μmやピッチ12μmを考えて、アスペクト比1以上は得られたと判断できる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Process sequence for patterning the microstructure on the roll.
Fig. 2 White light interferometer observation of (a)the roll surface and
(b)the molded PVA film from the roll.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究の一部は2021年度 天田財団助成 AF-2021013-B2 一般 研究開発助成の支援を受けた。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Minoru SASAKI, Fine Patterning Method for Roll Surface Using Photolithography, Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity, 60, 195-202(2019).
DOI: https://doi.org/10.9773/sosei.60.195
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- [1] 佐々木実, 弓削英翔, 鈴木大瑛, “フォトリソグラフィ加工による圧延ロール面への微細パターン形成 ― テクスチャリング用レリーフの一括形成 ―”, 日本塑性加工学会論文誌「塑性と加工」Vol. 60, No.702 (2019) 195-202.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件