2011 Fiscal Year Research-status Report
ナノファイバインプリント樹脂型粉末射出成形による高アスペクトマイクロ構造体の創製
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23560107
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| Research Institution | Kinki University |
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Principal Investigator |
西籔 和明 近畿大学, 理工学部, 准教授 (30208235)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 粉末射出成形 / ナノ粉末 / ナノファイバ / マイクロ構造体 / 転写性 / ニッケル / 犠牲樹脂型 / マイクロMIM |
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| Research Abstract |
マイクロ金属粉末射出成形（μ-MIM）の高精度･高集積化を阻んでいる製造上の課題を克服するため，ナノインプリント犠牲樹脂型インサート金属粉末射出成形（NIL/μ-SPiMIM）法を世界に先駆けて開発してきた．本研究は，この犠牲樹脂型の製造に用いたナノインプリント法の製造限界（幅5μm，高さ10μm，アスペクト比=2）を超える可能性のある新しい犠牲樹脂型製造法として，エレクトロスピニング（ES）ナノファイバによるインプリント樹脂型の製造法を提案し，このNFI樹脂型へのナノ粒子の充填挙動を明らかにし，脱脂･焼結を経て数ミクロン程度の高アスペクト比のマイクロ構造体を得ることにより，MEMSデバイスの設計･製造法への応用可能性を調査することが最終目標である． 幅1μm，高さ10μm以上，アスペクト比=10以上のラインアンドスペースパターンのマイクロ構造体の創製という高い目標設定に対して，平成23年度はESナノファイバシートおよびNFI樹脂型の作製に重点を置いて調査した．PMMA樹脂をDMFとCHCl3の溶媒で溶解する際の樹脂濃度，印加電圧および距離などの作製条件を種々変化させ，数百nmのナノファイバを均質に得ることができた．数ミクロン程度で高アスペクト比の微細構造を有する型を安価に加工することは困難であったため，幅100μm，高さ50μmの三角形の微細構造を有するステンレス鋼およびグラッシーカーボン型を用いて，この型にESナノファイバを生成させた後で離型によりインプリント樹脂型の作製に成功した．さらに，このNFI樹脂型にサブミクロン級のニッケル粉末を射出成形により充填し，良好な脱脂体が得られた．また，サブミクロン級のニッケル粉末を用い，最小サイズ幅6μm，高さ19μmのマイクロ構造体を有する犠牲樹脂型を作製し，ナノインプリント用スタンパーの作製の可能性を実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成23年度の研究実施計画に記載した項目について，その達成度を自己評価した結果以下のように，おおむね順調に進展している．(1)ナノインプリント用に用いるエレクトロスピニング（ES）ナノファイバシートの作製に重点を置いて研究した（達成度：100%）．(2)幅1μm，高さ10μm以上（アスペクト比＝10以上）の高アスペクト比のナノファイバインプリント（NFI）樹脂型が得られるかを検討する（達成度：40%）．(3)NFI犠牲樹脂型へ金属粉末が充填されるかを検討する（達成度：100%）．(4)ナノインプリント用スタンパーの新規製造法に関して国際会議で発表する（達成度：100%）．(5)NFIに適した樹脂および溶媒を選定し，最適なESナノファイバシートの製造条件を見出す（達成度：100%）．(6)高アスペクト比のナノインプリント用スタンパーに，選定した材料と条件で作製したESナノファイバシートをインプリント成形した際の変形機構を調査する（達成度：10%）．(7)ナノ粉末の選定および挙動把握を行い，ナノ粉末成形に適したバインダの条件を見出し，ナノ粉末とバインダを均質に混合したMIM原料の特性について調査する（達成度：50%）．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成23年度の交付申請書の研究実施計画に記載した以下の内容を一部修正して，平成24年度の研究を推進する．(1)平成23年度に得られた結果を基にして，平成24年度は NFI犠牲樹脂型への金属粉末射出成形を行い，その転写性を評価し，脱脂条件の最適化を行う．(2)当初に目標とした高アスペクト比はかなり高い設定目標であり，超微細型の製造技術水準および製造コストが高すぎるため，ややアスペクト比を抑えてマイクロ構造体を提案した製造手法により製造の可能性を検討する．(3)成果の進捗状況を国内外の学協会で発表する．(4)極微量混練射出成形機による射出成形以外に，別途，革新的な成形方法を開発したので，その成形法をNFI犠牲樹脂型に適用して，超微粒子の充填挙動を評価する．(5)得られた成形体を脱脂し，マイクロ構造体の形状測定を行う．(6)ニッケルナノ粒子以外のナノ粒子についても同様の調査を実施する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成23年度の研究結果から，ナノ粒子を用いて調製した材料の粘度を定量的に評価することが重要であると判明したので，粘度計（約80万円）を導入する予定である．また，平成23年度の研究で使用した超微細型はレーザー加工により作製されたグラッシカーボン型であったが，マイクロ構造体のサイズが当初のサイズよりも大きいため，他の材質および製造法により作製された超微細型の製造を依頼する予定である（約60万円）．
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