JP2008075129A

JP2008075129A - 円筒状部材の製造方法及びこれを用いた転写物

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Publication number: JP2008075129A
Application number: JP2006255534A
Authority: JP
Inventors: Hideo Abe; 秀夫阿部
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】
セラミック溶射の手法を用いた光学フィルム作製用のエンボスロールを提供することである。
【解決手段】
鉄またはアルミニウム等の金属性のロール芯材を用いて、その表面を砥石研磨し、その後ロール芯材の表面にセラミックをプラズマ溶射しロール芯材の表面にセラミック層を形成する。次にセラミック層の表面に砥石研磨をして、表面粗さＲａが０．００５〜０．０１μｍ程度に整面する。さらにセラミック層の表面にサンドブラストもしくはレーザー加工を用いて微細な凹凸を形成しエンボスロールを作製する方法である。
本発明によれば、均一で微細な凹凸を有するエンボスロールを用いて、反射防止フィルム等を連続して無欠陥で安定して生産する方法を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、精密なロール面を備えた円筒状部材の製造方法及びこのようなロール面の形状を写し取った転写物を製造する方法に関する。

精密ロール面を備えた円筒状部材は、その精密なロール面を対象物に押し当てて、連続的にロール面の形状を対象物に写し取る用途に用いられる。このような円筒状部材として、例えば印刷用の版胴やエンボスロールを挙げることができる。
例えば反射防止フィルムの製造方法としては、樹脂フィルムにフィラー等の微粒子を混ぜ合わせて作製する方法と、平滑樹脂フィルムの表面に反射防止フィルム成形用エンボスロール（以下、単にエンボスロールと呼ぶ）を押し付けて前記平滑樹脂フィルムの表面に凹凸を形成して作製する方法が知られている。
前記平滑樹脂フィルム表面に凹凸（以下エンボスパターンと呼ぶ）を形成して反射防止フィルムを作製する方法に用いるエンボスロールの構成は、金属性のロール芯材の表面に銅めっきやニッケルめっき等の各種めっきにより、密着層、下地層、剥離層、加工層が積層されて、前記加工層の表面にはサンドブラスト等により前記加工層の表面に凹凸が形成されている。さらに前記加工層の上に保護層として高硬度のクロムめっき膜が施された構成となっている（特許文献１）。
しかし上記めっきの手法によりエンボスロールを作製する場合、エッチングやクロムめっき工程において直径５０〜３００μｍ程度の瘤欠陥が発生する確率が高い。この瘤欠陥の発生原因は、エッチング前のロール表面の汚れを完全に取り除くことが出来ないため、未エッチング部分が瘤として残ることにより瘤欠陥が形成されると考えられる。
ここで上記めっきの手法により作製されたエンボスロールを用いて液晶テレビ画面の反射防止フィルムに適用する場合、３０〜４０インチ画面に、直径１００〜３００μｍ程度の瘤欠陥が２〜４個程度あると商品として使用できないため、上記エンボスロールにより作製された反射防止フィルムは欠陥が多く生産性が低かった（課題１）。

また円筒用ロール状部材の作製方法として、プラズマ溶射法によりセラミックスを溶射被膜とする、鉄鋼製造工程で使用するプレスロールを作製する方法がある。
例えば，天然ストーンを代替するプレスロールとして，表面にＡｌ_２Ｏ_３に対してＴｉＯ_２を１３〜６５％添加し，ガスプラズマ溶射によってセラミック層を鋳鋼製のロールシェルに形成したことを特徴とする特許が開示されている（特許文献２）。
また，ロール基材の表面に，タングステン炭化物（ＷＣ）とコバルトを１０〜２３％添加した粉体を溶射の手法によりロールを作製している例がある（特許文献３）。
特開２００４−９０１８７号公報特開平８−１９９４９２号公報特開平９−２０９７５号公報ここで上記従来技術の欠点を挙げる（課題２）さらにエンボスロールを使用する際にハンドリングや清掃時等にエンボスロール表面にキズが形成された場合エンボスロールを再生する必要がある。例えば図３に示すような、めっきの手法で作製されたエンボスロールの保護層１９０及びその下層にある加工層１７０にキズ欠陥が発生した場合の再生方法は、保護層１９から剥離層１５０まで剥離し、剥離層を研磨し再度加工層１７０から形成し直さなければならなかった。またクロムによって形成された保護層１９０のみにキズが発生した場合、脱クロム法によって保護層１９０を剥がす方法があるが、保護層１９０の下層の加工層１７０の表面の平滑性や物性が変化してしまうため、結局加工層１７０から再生しなくてはならなかった（課題３）。

ここで、上記反射防止フィルムの作製に用いるエンボスロールを上記セラミック溶射の手法で形成することが出来れば、また上記めっきの手法の欠点である瘤欠陥の発生がなく均一で無欠陥のエンボスロールが作製できる。
さらにエンボスロールを形成する際に複数回のめっき工程を経なくとも、ロール芯材にセラミック層を吹付けるだけでエンボスロールを作製できるので格段に製造工程が少なく生産効率が高いことが期待される。

そこで，本発明の目的は瘤欠陥が少なく、製造及び再生の容易な光学フィルム作製用のエンボスロールを提供することである。

上述の目的を達成するため、まず鉄またはアルミニウム等の金属性のロール芯材を用いて、その表面を砥石研磨し、その後ロール芯材の表面にセラミックをプラズマ溶射しロール芯材の表面に１〜３ｍｍ程度のセラミック層を形成する。
次にセラミック層の表面に砥石研磨をして、表面粗さＲａが０．００５〜０．０１μｍ程度に整面する。
さらにセラミック層の表面にサンドブラストもしくはレーザー加工を用いてエンボスパターンを形成しエンボスロールを作製する方法である。
本発明によれば、均一で無欠陥のエンボスパターンを有するエンボスロールを用いて、反射防止フィルム等を連続して無欠陥で安定して生産する方法を提供できる。

請求項１はエンボスパターンが形成されたロール面を備えた円筒状部材の製造方法であって、ロール芯材を研磨する工程と前記ロール芯材にセラミックを溶射する工程と、前記セラミックが付着したロール芯材を研磨する工程と、前記セラミックが付着したロール芯材に前記エンボスパターンを形成する工程とを備えることを特徴とする円筒状部材の製造方法である。
請求項２はエンボスパターンが形成されたロール面を備えた円筒状部材であって、ロール芯材と前記ロール芯材の上にセラミック溶射層と、前記セラミック溶射層にエンボスパターンとがあることを特徴とする円筒状部材である。
請求項３は請求項１に記載の方法で製造された円筒状部材が備えるロール面の形状を転写されたことを特徴とする転写物である。

以上の説明から明らかなように、セラミック溶射の手法を用いたエンボスロール、及びその製造方法では以下のような効果が得られる。
本発明のセラミック溶射の手法では、セラミックを溶射しその表面にエンボスパターンを形成するだけで、エンボスロールを作製することができる。ここでセラミック層は硬度が極めて高いため生産時における転写物へのキズの発生を低減できる。また適切なセラミックの溶射条件により瘤や凹みなどの欠陥の発生を抑えることができる。
またセラミック溶射法により形成されたエンボスロールではセラミック層表面にキズ欠陥が発生した場合、セラミック表面を１回砥石研磨で約２０μｍ程度研磨し、再度サンドブラストまたはレーザー加工によりセラミック層表面にエンボスパターンを形成することができる。ここで上記エンボスロールを再生する方法においてセラミックの性質が変化することはない。またセラミック層の膜厚を１〜３ｍｍと厚く形成することで、セラミック層にキズが形成されてもセラミック層と砥石研磨してエンボスパターンを形成すればよいので、１０から２０回程度繰返しエンボスロールを再生することが可能である。
以上より、安定して反射防止フィルムなどの光学フィルムを生産でき，表面硬度を高いので取り扱い時や清掃時，およびエンボスによる耐久性に優れ、さらにまた表面のキズ欠陥の再生方法に優れたエンボスロールを提供することが可能となる。

セラミック溶射の手法を用いたエンボスロールの製造方法について以下に説明する。
図１（a）に示すように鉄またはアルミニウム製のエンボスロール芯材１に、図１（ｂ）に示すような砥石３を用いてロール芯材１の表面を研磨する。その後図１（ｃ）に示すようにセラミックをプラズマ溶射により、ロール芯材１を回転させ、かつセラミック溶射ノズル７を矢印Ａの方向に走査してセラミック層５をロール芯材１の表面に均一に形成する。次に図１（ｄ）に示すようにセラミック層５の表面に砥石３を用いてセラミック層５の表面を研磨することで表面粗さＲａを０．５〜１μｍ程度に整面する。
さらに図１（ｅ）に示すように、セラミック層５の表面にサンドブラストまたはレーザー加工により微細な凹凸のエンボスパターンを形成する。
ここで、サンドブラストまたはレーザー加工によりエンボスパターンが形成されたセラミック層１０のビッカース硬度がＨｖ１，４００以上と硬く，経時変化に対しても安定であるのでめっきの手法を用いたエンボスロールの作製方法と異なり保護膜としてクロム層（ビッカース硬度：Ｈｖ１０００）を被覆する必要がない。

（ロール芯材１）
本発明に用いるロール芯材１は，軸が無いものと有るものを利用することができる。ロール芯１の材質は，アルムニウムまたは鉄が適しており，軸無しのロール芯材１にはアルミニウムが好適で，軸付のロール芯材１には剛性の点から鉄が適する。

（セラミック材質）
セラミック層５を形成する、セラミックの材質は炭化クロムにＡｌ_２Ｏ_３を５〜１５％混合したものや酸化クロムにＡｌ_２Ｏ_３を５〜１０％混合したもの、またタングステンカーバイドＷＣにＴｉＯ_２を１０〜３０％混合したものが好ましく用いられる。

（溶射の方式）
セラミック溶射をする際の溶射の熱源として、ガス式溶射、電気式溶射、フレーム溶射、プラズマ溶射、高温フレーム溶射、爆発溶射等の手法が存在するが、本発明では、セラミック溶射が出来れば問題は無いが、例えば、高温フレーム溶射や爆発溶射、プラズマ溶射により形成されるセラミック層５の膜は緻密であり好適である。

（セラミック溶射条件）
ロール芯材１を回転数１０〜１５ｒｐｍで回転させながら、セラミック溶射ノズル７をロール芯材１に対して図１（ｃ）の矢印Ａに示すように平行に送り速度２〜３ｍｍ／回転で走査させることで均一なセラミック層５が形成される。溶射条件としてはパーティクル速度が３００〜５００ｍ／ｓｅｃ，溶射温度１５００〜２５００℃で行う。この条件でセラミックを溶射すると、セラミック層５の空孔率が３パーセント以下（ちなみにめっきの手法でエンボスロールを形成した場合は約１０パーセントの空孔率である）になり均一で欠陥が少ないセラミック層５が形成できる。
まためっきの手法によるエンボスロールの製造方法では、エンボスロールの表面に保護層としてクロム層（ビッカース硬度がＨｖ１０００程度）を形成していたが、上記条件で形成されるセラミック層５はビッカース硬度がＨｖ１４００とクロム層よりも硬く、耐摩耗性に優れている。

（サンドブラスト）
サンドブラストは、セラミック等の微粒子を高圧力でセラミック層に噴射することでセラミック層５にエンボスパターンを形成する方法である。この場合、サンドブラストの粒子がランダムに飛散するため、セラミック層５に微細な凹凸を容易に形成できる。
セラミック層５が形成されたロール芯材１を回転数約１０〜３０ｒｐｍで回転させながら、セラミック溶射ノズル７を図２（ｂ）の矢印Ｂに示すようにロール芯材１に対して平行に送り速度２〜１０ｍｍ／回転で走査させることで均一なエンボスパターンが形成されたセラミック層１０が形成される。
ここでサンドブラスト粒子には、カーボランダム，ガーネット，ジルコン，などが好ましく用いられる。セラミックビーズを用いたブラスト処理技術を利用したものを用いることができる。
またサンドブラスト装置について、ブラスト圧は０．１から０．２ＭＰａが好ましく、ブラスト量は１０から２０ｇ／ｃｍ^２が好ましい。更に被射物との距離は５００から６００ｍｍが好ましい条件である。

（レーザー装置）
セラミック層５にレーザー加工の手法を用いてエンボスパターンを形成する方法について説明する。レーザー光線３３をセラミック層５に照射し、直径が５０、１００、２００μｍの３種類の孔が形成できるように用意する。セラミック層５が形成されたロール芯材１を回転数約１０〜３０ｒｐｍで回転させながら、前記三種類の孔をランダムに形成するようにレーザー光を照射するレーザー光発振ノズル３１を図２（ｂ）の矢印Ｃに示すようにロール芯材１に対して平行に送り速度２〜１０ｍｍ／回転で走査させエンボスパターンが形成されたセラミック層１０を形成する。
ここでレーザー装置のレーザー光の照射条件は、波長５３２ｎｍ，使用出力０．５〜１．０Ｗ，繰返し周波数１〜１００ＫＨｚ，パルス幅１０〜３０ｎｓｅｃが好ましい。

（実施例１）
軸無しのアルミニウムロール芯材１（直径３００ｍｍ，面長１６００ｍｍ）の表面を砥石３を用いて研磨し，セラミック（炭化クロムにＡｌ_２Ｏ_３を５〜１５％混合）をプラズマ溶射（スルザーメテコ（株），ＴｒｉｐｌｅｘＰｒｏ−２００型）により約１〜３ｍｍのセラミック層５を設けた。さらに，セラミック層５の表面をアルミナ砥石でバーチカル研磨し表面を整えた。ここで研磨粒子として粒子経５０〜１５０μｍ程度のアルミナを用いた。
次にサンドブラスト処理には、サンドブラスト装置（（株）不二製作所製ロボット搭載型エアブラスト装置）で、ブラスト圧が０．１〜０．２ＭＰａ程度、またブラスト量は１０〜１５ｇ／ｃｍ２，ノズルとブラスト面の距離は５００〜６００ｍｍで行ったこれによりエンボスパターンが形成されたセラミック層１０が形成された。
さらに上記方法で作製されたエンボスロールに実際にポリエステルフィルムを用いて，紫外線硬化樹脂に接触させて生産を行うと，約５０，０００〜６０，０００ｍ程度無欠陥で連続して反射防止フィルムを生産することができた。

（実施例２）
軸有りの鉄ロール芯材１（直径３００ｍｍ，面長１６００ｍｍ）を砥石３を用いて研磨し，セラミック（タングステンカーバイドＷＣにＴｉＯ_２を１０〜３０％混合）を爆発溶射により約１〜３ｍｍのセラミック層５を設け，さらにバーチカル研磨により表面粗さＲａが０．００１〜０．００５μｍになるように研磨した。この研磨したセラミック層５の表面を，レーザー装置（サイバーレーザー（株）ＳＰＩＣＡ５３２型，波長５３２ｎｍ，最高出力２．５Ｗ，繰返し周波数１〜１００ＫＨｚ，パルス幅１０〜３０ｎｓｅｃ）を用いて、レーザ光のスポット径を４種類（５０，１００，１５０，２００μｍ）変化させて半球状のウエル（深さ約０．５〜１μｍ以下）を堀り，エンボスパターンが形成されたセラミック層１０を形成した。
さらに上記方法で作製されたエンボスロールにポリエステルフィルムを用いて，紫外線硬化樹脂に接触させて生産を行うと，約５０，０００ｍ程度無欠陥で連続して反射防止フィルムを製作することができた。

（実施例３）
実施例１と実施例２の方法によって作製したエンボスロールを用いて，１２０μｍのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムに紫外線硬化樹脂であるエチレングリコールジメタアクリレートを有機溶剤で希釈したものを塗布し，１００〜１２０℃で乾燥後，１６０Ｗ／ｃｍの空冷メタルハライドランプを用いて，照度５５０ｍＷ／ｃｍ^２，照射量４５０ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し塗布層を硬化させて，塗布層厚みが約６〜１５μｍの防眩層を形成した。
ここで，基体となるフィルムは上記に記載した他に，ポリアミド，ポリカーボネート，ポリエステル，ポリスチレン，ポリエーテルイミド，ポリアクリレート，ポリエーテルスルホン，ポリスルホン，ポリオレフィン等のフィルムを使用することができる。また，紫外線硬化樹脂は，上記記載以外にビニルベンゼンとその誘導体，ビニルスルホン，アクリルアミド，多価アルコールとメタアクリル酸のエステル類などを用いることができる。

本発明によりセラミック溶射の手法で作製されたエンボスロールは、エンボスロールの表面が高硬度で耐摩耗性が良いので、反射防止フィルムの製造や化粧紙の製造等エンボスパターンを転写する転写物の製造分野に有利に利用され得る。

本発明に関するエンボスロールの作製工程を示す図。（ａ）は（ｄ）のロールにサンドブラストでエンボスパターンを形成する図を示し、（ｂ）は（ｄ）のロールにレーザー加工でエンボスパターンを形成する図。めっきの手法によるエンボスロールの製造方法を示す図。

符号の説明

１ロール芯材
３砥石
５セラミック層
７セラミック溶射ノズル
９サンドブラストノズル
１０エンボスパターンが形成されたセラミック層
１３セラミック粒子
２３サンドブラスト粒子
３１レーザー光発振ノズル
３３レーザー光線
１１０密着層
１３０下地層
１５０剥離層
１７０加工層
１９０保護層

Claims

エンボスパターンが形成されたロール面を備えた円筒状部材の製造方法であって、
ロール芯材を研磨する工程と
前記ロール芯材にセラミックを溶射する工程と、
前記セラミックが付着したロール芯材を研磨する工程と、
前記セラミックが付着したロール芯材に前記エンボスパターンを形成する工程とを
備えることを特徴とする円筒状部材の製造方法。
エンボスパターンが形成されたロール面を備えた円筒状部材であって、
ロール芯材と
前記ロール芯材の上にセラミック溶射層と、
前記セラミック溶射層にエンボスパターンとがあることを特徴とする円筒状部材。
請求項１に記載の方法で製造された円筒状部材が備えるロール面の形状を転写されたことを特徴とする転写物。