プラスチックフィルムと鋼ローラ間のトライボロジー特性に関する基礎研究

摘要

近年，薄く柔軟なプラスチックフィルムなどを基板としたフレキシブル電子デバイスの開発が進められている．その技術領域は多岐に渡り，RFID タグを用いた物流管理や，固形高分子形燃料電池や有機薄膜太陽電池による再生可能エネルギーへの取組みが盛hに行われている．その中でも医療分野の発展は著しく，身につけても利用者の動きが制限されない超薄膜な有機トランジスタを用いたヘルスモニタリングシステムや，コンタクトレンズ型の眼圧センサなどが開発されており，それらはインパーセプティブル·エレクトロニクス(人が感知できない電子回路)と称されている．しかしながら，上記デバイスは大面積の製造が困難であるため生産性に大きな課題がある．この課題に対して，印刷技術により電子回路を形成するプリンティッド·エレクトロニクス(PE)方式と，フレキシブルな素材を多数のローラの摩擦力により搬送し，様々な工程を連続して行うことで高い生産性が期待できるロール·ツー·ロール方式(R2R)を融合したロール·ツー·ロール·プリンティッド·エレクトロニクス(以後，R2RPE と称す)の導入が期待されている．しかしながら，この技術が一般的に用いられるためには克服すべき課題も多い．その一つとして，R2RPE の搬送工程における基板フィルムの蛇行運動がある．搬送ローラ間のミスアライメントやフィルムとローラ間の摩擦状態の変化により生じる蛇行運動は，電子回路の印刷ずれを引き起こし製品の品質を低下させる可能性がある．特に基板素材が益々薄膜化していく中での，サブミクロンレベルの超精密な電子回路の形成には，これまで以上に高度な搬送技術が必須となる．したがって，薄膜フィルムと鋼ローラ間のトライボロジー特性の解明がR2RPE 技術の確立に重要な役割を担うと考えられるが，このような問題に関する学術的な取組みはほとhど見受けられず，膜厚さ数μm の薄膜素材を対象としたトライボロジー特性に関する研究は，著者らの調査した範囲では皆無である．このような状況を踏まえて著者らは，フィルムの膜厚さ，静電気，相対湿度や，フィルムに作用する張力が摩擦状態に及ぼす影響を実験的に検討している．しかしながら，これら実験はローラの表面粗さを一定として行っており，ローラの表面粗さがトライボロジー特性に及ぼす影響については不明である．そこで本研究では，表面粗さの異なるローラを使用しその影響を検討したので，ここに報告する．