【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.07.01】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23TT0039

利用課題名 / Title

プラズマプリンティングの微細化（パンチ応用）

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

外部利用/External Use

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）-

【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

マイクロテクスチュア, パンチ, 側壁, 摩擦低減,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,成形/ Molding,光リソグラフィ/ Photolithgraphy

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)

相澤 龍彦

所属名 / Affiliation

表面機能デザイン研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

佐々木 実,中山 幸子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TT-006：マスクアライナ装置
TT-032：三次元形状測定機
TT-007：レジスト処理（アッシング）装置
TT-015：デジタルマイクロスコープ群

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

機械製造業界では、高能率、高精度、高耐久性を備えた工具が求められる。しかし、機械加工プロセスが高度になるほど、工具刃先は高温、高応力、高摩擦などの過酷な環境となり、工具表面の摩耗、亀裂、変形などが発生し、工具寿命は低下し易い。マイクロテクスチャを工具表面に導入すれば、表面の接触面積を減らし、潤滑油を保持し、摩擦係数を下げる効果が得られる。せん断加工により孔形成するパンチングは、並列させて複数孔を同時一括加工に対応できる、1穴あたりの加工速度が速い、ことから競争力のある優れた加工方法である。パンチ加工には大きな壁面の摩擦力が作用する。工具摩耗は、生産性に直結する。本研究では、パンチの壁面に、摩擦低減用のマイクロテクスチャを形成することを試みた。

実験 / Experimental

SKH51パンチ（断面形状；一辺8.2mmの正方形に対して、角がR0.6mm処理）側面に、先端部から根本に向かって、約10mmの範囲に円形（直径10μm）と二等辺三角形（底辺5μm、高さ10μm）がピッチ20μmで三角格子状に並んだ千鳥パターンをフォトリソグラフィによって一括転写した。フォトレジストは壁面への貼り付きし易いさを優先し、Shipley社 ネガ型BPR-100を利用した。パターニングは、フォトレジストの固体膜を先に用意し、潜像形成した後に、立体サンプルに貼り付ける立体フォトリソグラフィを応用した。

結果と考察 / Results and Discussion

図1は、光学式三次元形状測定機で測定した、パターン付きパンチ先端領域の例である。パンチを軸回りに１回転させ、4面を計測した。パンチ端面には計測光が当たっていないため、有効な画像はなく、端の角からの画像が接続がされている。パターンは細かく、個々のパターン形状は見えない。４面ともレジスト膜が貼り付いた。但し、貼り付け作業を手で行っているため、膜に入ったシワの影響が、紋様として現れている。図2は、パンチ側面の拡大図である。左側の黒（照明光が返って来てない）領域は、パンチ外の空間である。▷形穴アレイが端面ギリギリまで転写されている。レジスト膜厚は、約3μmである（BPR-100レジストは現像時間と共に、徐々に薄くなるなめ）。下地鋼材が完全に平坦ではないため、パターン底のスカムに対する判断は難しい。酸素プラズマ処理で底が明瞭になる箇所もあるが、鋼材の影響と思われる箇所もあった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1：パンチ先端（写真右側が端）の様子。マイクロテキスチャのレジストパターンが壁面に付いている。

図2：パンチ先端周辺の▷穴マイクロテクスチャ。左側がパンチの端。

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本試作で得たパターンを元に、弊社が得意とするプラズマ処理により、パターン状の窒素固溶により硬質化する予定である。参考）DOI: 10.5772/intechopen.108846

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)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

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