1盤河ボ nallo&neo新 機能性材料展テクニ カルフォーラム ナ ノイ ンプ リン トセ ッシ ヨン 13:00∼ 14:00 マイク ロ ロナノ加 工における射出咸形技術 ―‖出咸形サイトから見たナノインプリント技術■■― 東京工業大学大学院 理工学研究料 有機 。高分子物質専攻 助手 伊藤 浩志 氏 東京工露大学大学院 理工学研究料 有積・ 高分子 専攻 助手 伊藤 浩志 氏 "費 工 学博士 (山 形大 学) 1990年 山形大学工 学研究科 高分子 材料修了。同年 から 1993年 まで沖 電気工 業∽基板 技術研究 所 に在 籍。1993年 から 1996年 まで鶴 岡工業 高等専門 学校 助手を務め、 1996年 から現職 。 専門は「高分子成形加工、工 学」 「高分子構造・物性J 「マイクロ・ナ ノデバ イス加工」。 所属学 会は、 (社 )プ ラスチ ック成形加工 学会 (理 事 )、 Sodety of Phsucs Engineers(日 本支部理 事、 Counc‖ or)、 Polymer processing sOciety、 MRS、 メ ンパ ー。日本 高分子 学会、繊維 学会、日本材料学会、 日 本塑性加工学会プラスチ ックプロセス分科会メンパー。 マイクロ・ナ ノ加 工 に おける 射 出成形 技術 ―射出成形サイドか ら見たナノインプリント技術課題 ― Hiroshi lto Graduate School of Science and Technology Tokyo Institute of Technology ih [email protected] Dl*";;::;;;xa^^ Outline 射 出成形とは エンボス(熱 インプリント)の 長所短所 ホット 高分子 によるマイクロ・ナ ノ成形 マイクロロ ナ ノ射 出成形 今後 の 課題 本研究の 一部は ,(独 )新 エネルギー・産業技術総合開発機構 NEDOの 産業技術研究助成いnect D o3A33004酬 こより遂行された []稀 :器淵 ― 滋」 射 出成形 とは 英語名 :イ ンジェクションモールディング (IttecJon mo旧 hg) 「注射,注 入」といつた意味 PROCESS VARIABLES 注射の操作に似た方法 注射器 :射 出成形機 注射液 :加 熱・溶融された材料 押す力 :,由 圧や電動で制御 H TI 例 えば コップ 2-3秒 バケツ 数十秒 自動車バンパー,浴槽 数分以内 : MOLD TEMPERATuRE 高分子材料の成形 ・形にして'固 める !! 溶かし,流 し 躙 回霊出 り 射 出成形 の長所短所 形にする。 固める) 高分子加 工 〓 ネットシェープ成形法 (溶 かす 。 など 位置,形 状,表 面粗さ 金型 設計 α):重 要個L(ゲ ート ) ● ハ イスピード 大量 生 産 複 雑 形状 3D形 態 ● 急速 冷却・高ず り変形下 による構 造分布 (生 産性 との トレー ドオフ) ホットエンボス(熱 インプリント)の 長所短所 ・フィル ムの形態や構造 に依存 ● ロースピード シート ● 低速冷却 ,低 ずり変形下で構 造分布小 (均 ― ) ● 大面積化 嗽 り 饒 “ 射出成形 の長所短所 成 形 サ イズ の 限 界 は ? 射出成形 (溶 かす,流 す。形にする,固 める) 温度 (金 型,射 出樹脂)を 高くする 射出圧力や保持圧力を高くする サイクルタイムが非常に長くなる 疇 また,高 分子鎖の分子量に依 存 ― C― C― 約2人 分子量1万 (C:12g/molと すると)1,666A(=166 nm=o17μ m) 低 分子量 ,折 りたたみ 構 造 ,(し か し,脆 い ,低 弾性 ,な ど) 100 nm程 度 の 徹 細 形状 の 転 写 (射 出威 形 )で は・・・ 温 度 が 重要な因子 経験 則 の形 式化 Nakao,M,Tsuchiya,K,Sadamitsu,T,ichikohara,Y,Ohba,T,o01,T,Ad1/aacesわ 陥″ υ racrυ ttgた ″ ο り,2Q397200o “ 価 回融‖ サ胤 “ :雛 What is micro- and nano-molding ? . lnjection molding, injection-compression molding, hotembossing, Nano-imprinting etc. Polymer Products with a size in sub-micrometer down to micrometer range were fabricated by using a mold. どヽ や｀ ‖ 轟 What is nano-fabrication for polymers ? Electrostatic spinning, electrostatic spray etc. A mat of ultra-fine fibers with diameters of the individual fibers in sub-micrometer down to nanometer range can be fabricated. These ultrafine fibers exhibit several interesting characteristics, e.9., high surface area to mass or volume ratio and flexibility for surface functionalization; while the as-spun fiber mat exhibits a high porosity with pore size being in sub-micrometer length scale. These unique properties render electrospun ultrafine fiber mats as excellent candidates for potential use in various biomedical applications, e.9., tissue engineering scafiolds, DNA delivery systems, and drug delivery systems. ・ ― ・ ・ ″Ⅲ … "― ツ … ‐‐‐47 マイクロ成形品の定義 Micro‐ sca:e Mo:ded Products can Parts with micro structured surface be defined as (micro‐ features on the surface 1 0ptical array, Prism, etc) 徴細 表面構造体の成形 Parts with micro‐ precision (thin wal:with micro‐ and sub‐ micro:Light guide etc) 超精 密 成 形 Parts with m‖ ‖gram and microgram weight (micromoided i gear,cam,disc etc) 傲 小 成 形体 の成 形 マイクロスケール 尋 ナノスケール ヘ 回聴‖ 鰤 … これまでの研究は …・ 表面構造体 へ の作製中心 に行なわれ てきた。 材料特性 ,高 次構 造 ,物 性 の 関係を明確 にする必要 がある !! Studies on lnolded parts with rnicrornanO structured surrace >:to et al,Proceeding of AWPP‐ 2005, CDROM:59,(2005) ,:to et a:,SPE‐ ANTEC 2006 tech_paper,2506,(2006) ¨ etc Studies on thin‐、 ″a‖ parts、 ″ith micro¨ precision >lto et al,Theoretical Appl Mech 」pn,54,263,(2005) >lto et a:,SPE‐ ANTEC 2005tech paper,894,(2005) etc Studies on mlcroOdisc Parts with lnicrogram weight ANTEC 2006 tech paper,2511,〔 2006) >:to et al,Proceedings of PPS‐ 22,CDROM:SP6 06(2006) >ito et al.,SPE‐ etc 淵脇 回飛器″ 微 小 成形 品 渕け 回聴出り 表 面転写 成 形品 回蕊:棚m・ ・ '― マイクロライン &ス ペース成形 品 の 光学異 方性 ︲ ¨ 徊 Ｗ こ 価 ［ 。 Ｓ 。 ‘ ・ F =3000 5 12000 舗"f び が マイクロ構造体 内部 の偏光顕微鏡写真 00 05 10 No「 ma‖ zed dlstance riom patteined side .Skin-shear-core structure was observed. .Thickness of skin-shear region of flat side was larger than that of patterned side. .The shear region at the bottom of structure concaved toward micro-feature. + Polymer flow was influenced by surface pattern. 9 サブ波長スケールの表面構造体 (構 造発色 の様子 ) 1 Schema‖ c pronle of mOld pattern 回融器 淵職… サブ波長スケールの表面構造体 (転 写性の違いと光学異方性 ) Hold. press.= E0 10 MPa Motd temp. = iOO oC 薄 肉成形 品 ガ,掘 回 帯‖躍 偏光 (ひ ずみ )写 真 ―PP薄 肉成形品― Observation ofinterrerence order Mo:d temp:40。 C 0.lmm @thiCkness of 0 5 mm orless 03mm O.5mm l.0 Thickness (mm) Product lensth (mm) 6 >40 >40 >40 Ave product weight wilh 0381 0431 0502 0585 Ave product weighl (g) 0051 0104 0118 0166 0506 0252 Ave Thickness (mm) sprue and runner (g) 棚ご 回聴器 ソ 広角X線 回折 Mo:d temp: PP@pOS■ 10n A― 0.3mm l.Omm ― 01 mm True view 400C Crystalline orientation increased with decreasing cavity thickness. ● fぶ ″ ・ ・ F,“ ‐ “ r・ 薄肉成形品の 断面内構造分布 - s“ nashearthck疑 ■ 0.045 PP @ 40 oC and position A - 01l mm mm (Skin‐ Sheariayer ratio 0 7) 0.11 mm (skin-shear layer ratio 0.2) The thickness ratio of skin-shear region to molded product, i.e., skin-shear layer ratio of molded, increased with a decrease ot the cavity thickness. 回 棚ml淵 腸 12 プロセスモニタリング IMPPシ ステム J !l;:;' ;;;:; ";;; ;;; ;: 13 「 ′ ,′ ― ・ ￨」 '1‖ ヘ ッ ドライン ltl ,-^, ),L'7 東 にり 、、マ イクrj・ サ ノ‖■￨,￨lllイ 半W il発 を 支￨[す る111成 ?! ‖定器 体 1シ ステ ユ、 を開 溶融 材料‖ 14・ `〔 00060626(レ 'と ■ , 0マ イアカウント ′ ・1 lt'1 けい Ⅲ T I. tr l 十 九Ⅲ 、 ,1拘 il Ⅲ■ ("￨■ `,● -ノ ビ￢ ュ て 4:、 'メ 卜 ■ 11´ 1 、_ :W,「 ■ ・ , 一つ 1 ヽ `′ ￨,■ ■■● Li厳 lr■ ,rを ｀.]● ‖〔″』 :さ ら● IP(■ 0ヽ ' `叫 」￨ ′り: 卜1 -1氏 l tl'.lH,P ´ ′ :￨`:1'ヽ r it■ ,or" ,`),￢ iヽ ',「 =￨′ 71(F91)=￨ド t[′ 1イ 1_ ￨マ ￨ク ii '/111に り 烈 [た lt' ,■ ':● 装置概観 (微 量試料 での材料特性 の評価 Intelligent analysis system for micro-polymer processing; IMPP system Pisbns Mに ro sit gauges High pressure l dilatometer l Sample Screw 14mm O ざ ヽぉ♂ ■ I TCkVa"e と 1:ふ Nozzle ger8mmφ ‐∼ ・ …=ヨ ∼ 14 ■ ⅢⅢ ●●VI● ● "A,、 ‐′ ・ '流 " 装置概観 その2(成 形プロセスの計測 ) Process Monitoring, temp., pressure, plunger position, cavity pressure etc Screw torque 技術 (研 究 )課 題 製品内の構造分布低減 (表 面 ,ス キンせん 断コア層 の制御 ) 成形限界 (微 細表面 ,微 小 ,薄 肉,他 ) 材料特性 口 構造 口 物性 の相関 最適材料,ナ ノ構 造体 の創製 他 回 罵,酬 躍け… 15 高分子材 料一成形加 エー構 造・物性 材料の特性 ・流れ ・固化 ・硬さ etc 構造 ・ 形 ・分子配 向 ・結品化 etc 物性 ・光 ・熱 ・対薬品 射出成形 射出圧縮成形 エンボス成形 フィルム・押出成形 キャスト etc. 最適製品設計 etc ふ 回需肥 雅げ 16
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