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公開番号2024147483
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-16
出願番号2023184070
出願日2023-10-26
発明の名称結晶形成方法、結晶形成装置、画像形成方法、及び立体造形物の製造方法
出願人株式会社リコー,国立大学法人千葉大学
代理人個人,個人
主分類B22F 10/25 20210101AFI20241008BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】光吸収材を含む転写対象材料を飛散させることなく、光吸収材をより高精細に転写することができる結晶形成方法の提供
【解決手段】基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料とを配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を飛翔体として飛翔させて被付与物に付与し、結晶を形成する結晶形成工程を含み、
25℃で剪断応力が200Paにおける前記転写対象材料の複素粘度が1mPa・s以上8.6mPa・s以下であり、
前記被付与物の十点平均粗さRzが4.9μm以下であることを特徴とする結晶作成方法である。
【選択図】なし

特許請求の範囲【請求項１】
基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料とを配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を飛翔体として飛翔させて被付与物に付与し、結晶を形成する結晶形成工程を含み、
２５℃で剪断応力が２００Ｐａにおける前記転写対象材料の複素粘度が１ｍＰａ・ｓ以上８．６ｍＰａ・ｓ以下であり、
前記被付与物の十点平均粗さＲｚが４．９μｍ以下であることを特徴とする結晶形成方法。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記被付与物の十点平均粗さＲｚが０．００７μｍ以上１．５μｍ以下である、請求項１に記載の結晶形成方法。
【請求項３】
前記光吸収材が無機材料を含む、請求項１から２のいずれかに記載の結晶形成方法。
【請求項４】
前記無機材料のメディアン径（Ｄ
５０
）が５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項３に記載の結晶形成方法。
【請求項５】
前記光吸収材が、異なる２種以上の無機材料を含み、
前記異なる２種以上の無機材料が、同一の結晶構造を持つ物質からなる、請求項１から２のいずれかに記載の結晶形成方法。
【請求項６】
前記分散媒がグリセロール水溶液である、請求項１から２のいずれかに記載の結晶形成方法。
【請求項７】
形成された前記結晶の８０％以上が単結晶である、請求項１から２のいずれかに記載の結晶形成方法。
【請求項８】
基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料とを配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を転写体として飛翔させて被付与物に付与し、結晶を形成する結晶形成手段と、
２５℃で剪断応力が２００Ｐａにおける前記転写対象材料の複素粘度が１ｍＰａ・ｓ以上８．６ｍＰａ・ｓ以下であり、
前記被付与物の十点平均粗さＲｚが４．９μｍ以下であることを特徴とする結晶形成装置。
【請求項９】
前記被付与物の十点平均粗さＲｚが０．００７μｍ以上１．５μｍ以下である、請求項８に記載の結晶形成装置。
【請求項１０】
請求項１から２のいずれかに記載の結晶形成方法によって、画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶形成方法、結晶形成装置、画像形成方法、及び立体造形物の製造方法に関する。
続きを表示（約 5,800 文字）【背景技術】
【０００２】
レーザー励起前方転写（Ｌａｓｅｒ－ＩｎｄｕｃｅｄＦｏｒｗａｒｄＴｒａｎｓｆｅｒ：ＬＩＦＴ）法は、基板上に光吸収材を含む転写対象材料を配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料にレーザービームを照射し、前記転写対象材料を飛翔させ、前記転写対象材料の対面に配置した被付与物（アクセプター基板）の所望の位置に前記転写対象材料を転写する方法である。
【０００３】
このようなＬＩＦＴ法としては、例えば、前記レーザービームとして光渦レーザービームを用いることにより、光吸収材を含む高粘度液体を飛散させることなく、精細に転写できる画像形成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、光吸収材を含む転写対象材料を飛散させることなく、光吸収材をより高精細に転写することができる結晶形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための手段としての本発明の結晶形成方法は、基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料とを配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を転写体として飛翔させて被付与物に付与し、結晶を形成する結晶形成工程を含み、２５℃で剪断応力が２００Ｐａにおける前記転写対象材料の複素粘度が１ｍＰａ・ｓ以上８．６ｍＰａ・ｓ以下であり、前記被付与物の十点平均粗さが４．９μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、光吸収材を含む転写対象材料を飛散させることなく、光吸収材をより高精細かつ高精度で転写することができる結晶形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１Ａは、一般的なレーザービームにおける波面（等位相面）の一例を示す概略図である。
図１Ｂは、一般的なレーザービームにおける光強度分布の一例を示す図である。
図１Ｃは、一般的なレーザービームにおける位相分布の一例を示す図である。
図２Ａは、光渦レーザービームにおける波面（等位相面）の一例を示す概略図である。
図２Ｂは、光渦レーザービームにおける光強度分布の一例を示す図である。
図２Ｃは、光渦レーザービームにおける位相分布の一例を示す図である。
図３Ａは、一般的なレーザービームを光吸収材に照射させたときの一例を示す写真である。
図３Ｂは、光渦レーザービームを光吸収材に照射させたときの一例を示す写真である。
図４Ａは、光渦レーザービームにおける干渉計測の結果の一例を示す説明図である。
図４Ｂは、中心に光強度０の点を有するレーザービームにおける干渉計測の結果の一例を示す説明図である。
図５Ａは、本発明の飛翔体転写装置の一例を示す説明図である。
図５Ｂは、本発明の飛翔体転写装置の他の一例を示す説明図である。
図５Ｃは、本発明の飛翔体転写装置の他の一例を示す説明図である。
図６Ａは、本発明の画像形成装置の一例を示す概略断面図である。
図６Ｂは、本発明の画像形成装置の他の一例を示す概略断面図である。
図７Ａは、本発明の画像形成装置の他の一例を示す概略断面図である。
図７Ｂは、本発明の画像形成装置の他の一例を示す概略断面図である。
図７Ｃは、本発明の画像形成装置の他の一例を示す概略断面図である。
図８Ａは、本発明の画像形成装置の他の一例を示す概略断面図である。
図８Ｂは、本発明の画像形成装置の他の一例を示す概略断面図である。
図９は、立体造形物の製造装置の一例を示す概略断面図である。
図１０Ａは、実施例及び比較例で用いた光渦レーザービームを有するレーザー照射装置の一例を示す概略図である。
図１０Ｂは、実施例及び比較例で用いた光渦レーザービームを有するレーザー照射装置の一例を示す概略図である。
図１１は、転写対象材料Ｎｏ．１～８におけるグリセロール濃度（質量％）と複素粘度（ｍＰａ・ｓ）の関係の一例を示すグラフである。
図１２は、転写対象材料Ｎｏ．１（グリセロール濃度４３質量％、複素粘度６ｍＰａ・ｓ）に対して、光渦レーザービームを照射してから０μｓ、３μｓ、５μｓ、１０μｓ、２０μｓ、３０μｓ、及び４０μｓの挙動の一例を示す写真である。
図１３Ａは、転写対象材料から１．５ｍｍ離れた場所に設置した被付与物（松浪硝子工業株式会社製のＳ１２１４、水縁磨、ｔ１．３）に転写された転写対象材料（以下ドットと呼ぶ）を、３００℃で加熱処理を行い転写対象材料中の分散媒を除去した状態の一例を示す写真である。
図１３Ｂは、図１３Ａを、共焦点レーザー顕微鏡を用い測定して得られた３Ｄ像の一例を示す概略図である。
図１４Ａは、全角運動量Ｊ＝２（Ｌ＝１、Ｓ＝１）の光渦レーザービームを照射することで得られたドットの一例を示す上部写真である。
図１４Ｂは、全角運動量Ｊ＝２（Ｌ＝１、Ｓ＝１）の光渦レーザービームを照射することで得られたドットの一例を示す側面の断面写真である。
図１５Ａは、全角運動量Ｊ＝－２（Ｌ＝－１、Ｓ＝－１）の光渦レーザービームを照射することで得られたドットの一例を示す上部写真である。
図１５Ｂは、全角運動量Ｊ＝－２（Ｌ＝－１、Ｓ＝－１）の光渦レーザービームを照射することで得られたドットの一例を示す側面の断面写真である。
図１６は、スピン角運動量Ｓにより、全角運動量Ｊを変化させた際のドット直径及びコア直径の関係を示す。
図１７Ａは、転写対象材料Ｎо．１を用いて形成したドットを、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した観察像の一例を示す写真である。
図１７Ｂは、図１７Ａを、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）を用いて、コアを薄片化した加工物のＳＥＭ観察像の一例である。
図１８Ａは、図１７Ａを、透過型電子顕微鏡を用いて観察した明視野像の一例を示す写真である。
図１８Ｂは、図１８Ａにおけるａの位置から得られた電子回折パターンの一例である。
図１８Ｃは、図１８Ｃにおける白丸で囲まれた電子線回折スポットから得られた暗視野像の一例である。
図１８Ｄは、図１８Ａにおけるｂの位置から得られた電子回折パターンの一例である。
図１８Ｅは、図１８Ｄにおける白丸で囲まれた電子線回折スポットから得られた暗視野像の一例である。
図１８Ｆは、図１８Ｃ及び図１８Ｅで示された領域と、図１８Ａとの対応関係の一例である。
図１９Ａは、図１８Ｃの領域から得られた電子線回折パターンの一例である。
図１９Ｂは、ＲｅｃｉＰｒｏからシミュレーションされた、ミラー指数（１２２）におけるスピネル型結晶（鉄フェライト）の電子線回折パターンの一例である。
図１９Ｃは、図１８Ｅの領域から得られた電子線回折パターンの一例である。
図１９Ｄは、ＲｅｃｉＰｒｏからシミュレーションされた、ミラー指数（１００）におけるスピネル型結晶（鉄フェライト）の電子線回折パターンの一例である。
図１９Ｅは、図１９Ａ～Ｄ中に表記されたａ～ｅの回折スポット間の比率、角度を比較した結果の一例である。
図１９Ｆは、異なる晶帯軸を有する２つのスピネル型結晶の一例を示す概略図である。
図２０Ａは、図１７Ａを、透過型電子顕微鏡を用いて観察した明視野像の一例を示す写真である。
図２０Ｂは、図２０Ａ中の白丸ａにおけるミラー指数（１００）における電子回折パターンの一例である。
図２１Ａは、図２０Ａ中の白丸ａにおけるミラー指数（１００）における電子回折パターンの一例である。
図２１Ｂは、元素分析測定により得られた鉄（Ｆｅ）の分布を図２１Ａにマッピングした結果の一例である。
図２１Ｃは、元素分析測定により得られたマンガン（Ｍｎ）の分布を図２１Ａにマッピングした結果の一例である。
図２２Ａは、図１０Ａの実験系を用いたパターニングの一例を示す図である。
図２２Ｂは、図２２Ａにレーザービーム照射領域を追記した結果を示す図である。
図２２Ｃは、転写対象材料と被付与物の距離を変化させた際の、ポジションエラー及びドット直径の関係の一例を示す図である。
図２３Ａは、転写対象材料Ｎо．１を用いた際の各フルエンスと飛翔速度の関係を示す一例である。
図２３Ｂは、転写対象材料Ｎо．１を用いた際に観察された単一液滴飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２３Ｃは、転写対象材料Ｎо．１を用いた際に観察された複数液滴飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２３Ｄは、転写対象材料Ｎо．１を用いた際に観察された膨らみを伴うジェットによる飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２３Ｅは、転写対象材料Ｎо．１を用いた際に観察された飛散モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２４Ａは、転写対象材料Ｎо．７を用いた際の各フルエンスと飛翔速度の関係を示す一例である。
図２４Ｂは、転写対象材料Ｎо．７を用いた際に観察された単一液滴飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２４Ｃは、転写対象材料Ｎо．７を用いた際に観察された複数液滴飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２４Ｄは、転写対象材料Ｎо．７を用いた際に観察された膨らみを伴うジェットによる飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２４Ｅは、転写対象材料Ｎо．７を用いた際に観察された飛散モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２５Ａは、転写対象材料Ｎо．８を用いた際の各フルエンスと飛翔速度の関係を示す一例である。
図２５Ｂは、転写対象材料Ｎо．８を用いた際に観察された単一液滴飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２５Ｃは、転写対象材料Ｎо．８を用いた際に観察された複数液滴飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２５Ｄは、転写対象材料Ｎо．８を用いた際に観察された膨らみを伴うジェットによる飛翔モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２５Ｅは、転写対象材料Ｎо．８を用いた際に観察された飛散モードに分類される飛翔体を示す一例である。
図２６は、図２３Ｂ、図２４Ｂ、及び図２５Ｂにより転写対象材料から１．５ｍｍ離れた場所に設置した被付与物に転写されたドットを、３００℃で加熱処理を行い転写対象材料中の分散媒を除去したドットと転写対象材料の複素粘度の関係を示す一例である。
図２７Ａは、解析方法のイメージ図の一例を示す概略図である。
図２７Ｂは、転写対象材料Ｎо．１を用いて得られたドットの空間分布の一例を示す概略図である。
図２７Ｃは、転写対象材料Ｎо．７を用いて得られたドットの空間分布の一例を示す概略図である。
図２７Ｄは、転写対象材料Ｎо．８を用いて得られたドットの空間分布の一例を示す概略図である。
図２８Ａは、転写対象材料Ｎо．１を用いて膜厚を２６μｍとし、ビームスポット径を３４μｍ、４９μｍ、７４μｍ、９７μｍとした際のドット直径と、コアの直径の関係の一例を示す概略図である。
図２８Ｂは、図２８Ａでビームスポット径を変化させた際の、ドット体積と、コアの高さの関係の一例を示す概略図である。
図２９Ａは、レーザービームを照射した後の３.０μs後までの気泡成長の時間変化の一例を示す図である。
図２９Ｂは、レイリー・プレセット方程式から算出した内部圧力とレーザービーム照射後の経過時間との関係の一例を示す図である。
図３０Ａは、解析方法の一例を示す簡略図である。
図３０Ｂは、転写対象材料Ｎо．１で統一して実験を行った結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（結晶形成方法及び結晶形成装置）
本発明の結晶形成方法は、基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料とを配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を転写体として飛翔させて被付与物に付与し、結晶を形成する結晶形成工程を含み、２５℃で剪断応力が２００Ｐａにおける前記転写対象材料の複素粘度が１ｍＰａ・ｓ以上８．６ｍＰａ・ｓ以下であり、前記被付与物の十点平均粗さが４．９μｍ以下であり、更に必要に応じてその他の工程を含む。
【０００９】
本発明の結晶形成装置は、基板と、前記基板上に光吸収材及び分散媒を含む転写対象材料とを配したドナー基板に対して、前記ドナー基板の前記基板側から前記転写対象材料に光渦レーザービームを照射して前記転写対象材料を転写体として飛翔させて被付与物に付与し、結晶を形成する結晶形成手段を有し、２５℃で剪断応力が２００Ｐａにおける前記転写対象材料の複素粘度が１ｍＰａ・ｓ以上８．６ｍＰａ・ｓ以下であり、前記被付与物の十点平均粗さが４．９μｍ以下であり、更に必要に応じてその他の手段を有する。
【００１０】
本発明の飛翔体転写方法は、本発明の結晶形成装置により好適に実施することができ、結晶形成工程は結晶形成手段により行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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