室温インプリント用凹形状 PDMS マイクロギヤモールドの作製婦木陽介（7407）指導教員：清原修二准教授 1．はじめにナノインプリントリソグラフィによる医療用 MEMS（Micro Electron Mechanical System）用マイクロギヤの作製は，高スループット，低コストで大量生産できるため，非常に効率的である 1)。これまで室温硬化ナノインプリントリソグラフィ（Room-temperature Curing Nanoimprint Lithography：RTC-NIL）でギヤ形状のパターンを作製してきたが，ギヤのパラメータが曖昧であった。そこで，これらのギヤのパラメータを計算し，設計したガラス状炭素（Glass-like carbon：GLC）マイクロギヤマスターモールドを作製し，それを用いた凹形状 PDMS （Polydimethylsioxane）マイクロギヤモールドを作製した。 2．実験方法および装置本研究ではマイクロギヤのピッチ円直径，歯数，モジュール，歯厚を計算し，設計したギヤの形状の CAD データを作成する。そのデータをもとに熱電界放出電子ビーム描画装置[ELS-7500EX，㈱エリオニクス]で描画することで，凸形状 GLC マイクロギヤモールドを作製した。その作製プロセスを図 1 に示す。GLC にポリシロキサンを 3000 min-1，10 s でスピンコートし，500 nm の薄膜を生成する（a）。次に電子ビームで描画をする（b）。そして現象液によりポリシロキサンにマイクロギヤのパターンが残る（c）。その後，O2 イオンシャワー[EIS-200ER，㈱エリオニクス]で加工し（d），残ったポリシロキサンを CHF3 イオンシャワー[EIS-200ER，㈱エリオニクス]で除去することで（e），凸形状 GLC マイクロギヤマスターモールドを作製した。 3．実験結果および考察歯先円直径 dA＝50 µm，モジュール m＝2.3 の場合，計算により求めた各パラメータはピッチ円直径 d＝45.4 µm，歯底円直径 dB＝39.7 µm，歯数 z＝20，歯厚 s＝5.3 µm となった。この計算結果より図 3 に示す CAD データを作成し，GLC マイクロギヤマスターモールドを作製した。（a）CAD データ（b）GLC モールドの SEM 写真図 3 GLC マイクロギヤマスターモールド図 4 に歯先円直径 dA＝50 µm の凸形状 GLC マイクロギヤマスターモールドと凹形状 PDMS マイクロギヤモールド断面プロファイルを示す。（a）凸形状 GLC マスターモールドの SEM 写真（b）凹形状 PDMS モールドの金属顕微鏡写真図 1 凸形状 GLC マスターモールドの作製プロセスまた，作製した GLC マイクロギヤマスターモールドを用い，シリコーン材料である PDMS［KE-106，信越化学工業㈱］と硬化剤［CAT-RG，信越化学工業㈱］を 10：1 に混ぜたもので型取りし硬化させる。1 次硬化は室温で 36 時間，2 次硬化は 75℃，15 min で行った。それにより凹形状 PDMS マイクロギヤモールドを作製した。その作製プロセスを図 2 に示す。図 4 本研究で作製したマイクロギヤモールド 4．おわりにギヤの各パラメータを計算してギヤの形状を設計し，凸形状 GLC マイクロギヤモールドを作製できた。また，それを用いた高精細な凹形状 PDMS マイクロギヤモールドを作製することができた。 5．新規性・特許性室温インプリント用凹形状 PDMS マイクロギヤモールドの作製プロセスが新規性，特許性を持つ。参考文献１）婦木陽介，清原修二，石川一平，他：2014 年度精密工学会関西支部学術講演会， pp.48-49（2014）図 2 本研究で開発した凹形状 PDMS モールド作製プロセス謝辞本研究の一部は，日本学術振興会科学研究費基盤研究（ A）および豊橋技術科学大学高専連携教育研究プロジェクトにより行われたことを付記する。