JP2009136892A - 被転写材への転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミクロンオーダの微細な形状を被転写材に転写する際に、転写された被転写部の高さを簡単に設定することができるようにする。
【解決手段】転写ロール３の転写部７を移送されている被転写材５に押圧することで当該被転写材５に被転写部６を転写する被転写材５への転写方法において、被転写部６の高さを設定すべく、転写ロール３に対する被転写材５の先進率を制御する。被転写部６の高さが転写ロール３の転写部７の高さと同一になるように先進率を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、金属シートなどの被転写材にミクロンオーダの微細な凹凸を転写する被転写材への転写方法に関する。

従来より、金属シートなどの被転写材にミクロンオーダの微細な凹凸を転写する方法として、例えば、特許文献１に示すような技術が数多く開発されている。
この特許文献１の金属板表面への転写方法では、移送ロールの回転によって金属シートを移送させ、移送している金属シートに対して転写ロールの外周面に転写された凹凸状の転写部を押圧することによって、金属シートの表面に転写ロールの転写部と略同じ凹凸の形状の被転写部を形成させるようにしている。
特開２００６−２３９７４４号公報

特許文献１の金属表面への転写方法では、ミクロンオーダの微細な被転写部を転写するという技術であり、実際の使用にあたっては様々な影響によって、転写された被転写部の高さが一定ではなくバラツクことがあった。また、被転写部の高さや形状を意図的に変更するには、転写ロールの転写部の高さや形状を変更する必要があり、非常に大変であった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、ミクロンオーダの微細な形状を被転写材に転写する際に、転写された被転写部の高さを簡単に設定することができる被転写材への転写方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、転写ロールの転写部を移送されている被転写材に押圧することで当該被転写材に被転写部を転写する被転写材への転写方法において、前記被転写部の高さを設定すべく、前記転写ロールに対する被転写材の先進率を制御する点にある。
発明者は、被転写部の高さや形状を簡単に設定することができる条件を様々な観点から検証を行った。その結果、発明者は、被転写部の高さや形状に影響を与える要素として、転写ロールの周速と被転写材の移送速度とが関連していることに着目した。そして、発明者は、転写ロールの周速と被転写材の移送速度とのを表すことができる先進率を用いて、被転写部の高さや形状を簡単に設定することを見出した。

前記被転写部の高さが転写ロールの転写部の高さと同一になるように先進率を制御することが好ましい。
高さを含む被転写部の形状が転写ロールの転写部の形状と同一となるように先進率を制御することが好ましい。
前記先進率の制御にあたっては、式（１）を用いることが好ましい。

前記先進率の制御にあたっては、式（２）を用いることが好ましい。

本発明によれば、ミクロンオーダの微細な形状を被転写材に転写する際に、転写された被転写部の高さを簡単に設定することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の被転写材への転写方法を説明するための転写装置１の概要図を示している。この転写装置１は、移送ロール２と、転写ロール３と、支持ロール４とを備えている。移送ロール２は、金属シートなどの被転写材５を移送するためのものであって、転写ロール３から見て上流側及び下流側に配置されている。
図１、図２に示すように、転写ロール３は、移送されている被転写材５の表面にミクロンオーダ（数μｍ〜数百μｍ）の凹凸状の被転写部６を転写するもので、当該転写ロール３の外周面の周方向全周に亘って複数の凹凸状の転写部７が形成されている。各転写部７は軸方向に延設されたものとなっている。支持ロール４は転写ロール３に対向して配置されていて、被転写材５の被転写部６の反対側を支持するものとなっている。

転写装置１では、移送ロール２の回転によって被転写材５を上流側から下流側に移送させ、この被転写材５の表面に転写ロール３の転写部７を所定の圧力（例えば、高圧下）で押圧することによって、被転写材５に凹凸を形成させることができる。
なお、転写装置１は、金属シートなどの圧延材に対して圧延を行うタンデム圧延機の最下流側に配置されていてもよいし、単独の転写ラインとして配置されていてもよい。また、前記転写ロール３をタンデム圧延機の最下流側に設けることで、転写装置１自体をタンデム圧延機に設けるようにしてもよい。

以下、本発明の被転写材への転写方法を説明する。
図２は、転写ロール３が被転写材５に接触している様子を示した図である。
図２（ａ）に示すように、被転写材５に被転写部６が形成される状態を考えると、周方向に回転している転写ロール３の転写部７が被転写材５の表面に押しつけられ、この押圧によって被転写材５の表面が徐々に変形して、その表面に凹凸状の被転写部６が形成されることになる。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、転写ロール３の転写部７が被転写材５の表面に最も近づいた位置（位置Ｐ）では、被転写材５の表面には転写ロール３の転写部７と同じ形状の凹凸が形成された状態にある。

図２（ｃ）に示すように、転写ロール３の回転により転写部７が位置Ｐよりも下流側では、転写ロール３の転写部７は被転写材５の表面から徐々に離れることになる。位置Ｑは、転写ロール３の転写部７が被転写材５から離れる直前の状態を示している。
このように、転写ロール３の転写部７で被転写材５に転写を行ったとき、位置Ｐにて転写部７で押しつけた同一の形状が、被転写材５の表面に転写されることになるため、位置Ｐの下流側で転写ロール３の転写部７が被転写材５から離れた後（位置Ｑの下流側）でも被転写材５の表面には転写ロール３の転写部７と同じ形状の凹凸が形成されるはずである。しかしながら、実際には、被転写材５の表面に形成された形状は転写ロール３で転写した形状と異なる場合がある。

そこで、発明者は、下記に示すように、被転写材５に転写部７を転写する状況を検証することで、被転写部６の形状が転写ロール３の転写部７の形状と同一となる条件を見出し、ミクロンオーダの微細な形状を被転写材５に転写する際にも、転写された被転写部６の高さや形状を簡単に設定することができる方法を見出した。
まず、図２（ｂ）に示すように、転写部７と被転写部６との形状が一致したときの位置Ｐを基準として、この基準からｔ１秒後の転写部７と被転写部６の動きを考える。
ここで、位置Ｐでは、凸状（台形状）の転写部７において回転方向の後側に位置する第１頂部Ｎ１と、凸状（台形状）の被転写部６において移送方向の前側に位置する第１底部Ｓ１とは略一致しているものとし、一致部分を基準点Ｏとする。また、ｘ軸は被転写材５の移送方向と同じであり、ｙ軸は被転写材５の厚み方向と同じである。

図２（ｃ）に示すように、転写ロール３側において、ｔ１秒後の転写部７の第１頂部Ｎ１の移動量は、式（３）及び式（４）で表される。

式（３）及び式（４）において、Ｌ１は第１頂部Ｎ１の水平方向の移動量（水平移動量）で、Ｚ１は第１頂部Ｎ１の垂直方向（厚み方向）の移動量（垂直移動量）である。
一方で、被転写材５側において、ｔ１秒後の被転写部６の第１底部Ｓ１の移動量は、式（５）及び式（６）で表される。

式（５）及び式（６）において、Ｌ２は第１底部Ｓ１の水平移動量で、Ｚ２は第１底部Ｓ１の垂直移動量である。
図３は、ｔ１秒後における被転写部６と転写部７との位置を表したものである。
図２（ｃ）、図３に示すように、ｔ１秒後において、被転写部６における第２頂部Ｎ２及び第３頂部Ｎ３のうち、移送方向の前側（移送方向に移動する際の先行側）での第２頂部Ｎ２の座標（ｘ，ｙ）は、式（５）及び式（６）により、第２頂部Ｎ２の座標（ｘ，ｙ）＝（Ｌ２−ａ，ｂ）として表すことができる。

ここで、ａは被転写部６において基準となった底部Ｓ１から第２頂部Ｎ２までの水平距離（水平成分）を示しており、ｂは被転写部６において基準となった底部Ｓ１から第２頂部Ｎ２までの垂直距離（被転写部６の高さ、垂直成分）を示している。
また、ｔ１秒後において、転写部７の第１頂部Ｎ１の座標（ｘ，ｙ）は、式（３）及び式（４）により、（ｘ，ｙ）＝（Ｌ１、Ｚ１）として表すことができる。
さて、位置Ｐから下流側にいくにつれて、転写部７は被転写部６から離れることになるが、転写部７が被転写部６から離れる過程で、第１頂部Ｎ１が第２頂部Ｎ２よりも基準点側に位置すると、両者がオーバラップするため、第１頂部Ｎ１によって被転写部６を削ることになり、被転写部６が変形する。

そこで、転写ロール３の転写部７の第１頂部で被転写材５の被転写部６を削らない（被転写部６を変形させない）ための条件を考えると、少なくとも位置Ｐからｔ１秒後において第１頂部Ｎ１が第２頂部Ｎ２と同じ高さ（ｙ＝Ｚ１＝ｂ）となったときに、第１頂部Ｎ１が第２頂部Ｎ２よりも先行している場合は、転写部７によって被転写部６が削られず変形しない。
即ち、ｔ１秒後において、第１頂部Ｎ１のｘ座標が、第２頂部Ｎ２のｘ座標よりも大きい式（７）が条件となる。式（７）を整理すると式（８）になる。

第１頂部Ｎ１が第２頂部Ｎ２に達した際（Ｚ１＝ｂ）のｙ座標は式（９）で表され、この式（９）により、時間ｔ１を求めると式（１０）となる。

また、被転写材５の移送速度は、先進率の式により式（１１）のようになる。

式（１１）及び式（１０）を式（８）に代入すると式（１）が得られ、この式（１）を満たすことで、転写ロール３の転写部７の第１頂部で被転写材５の被転写部６を削らないようになる。

言い換えれば、本発明の被転写材５への転写方法においては、式（１）の条件下で、先進率を制御することによって、転写ロール３の転写部７の第１頂部で被転写材５の被転写部６を削らない、即ち、被転写部６の高さを含む形状が転写ロール３の転写部７の高さや形状と同一になるようにしている。
具体的には、被転写材５への転写を行うに際し、被転写部６の形状、即ち、水平成分ａ及び垂直成分ｂを設定した上で、転写ロール３の圧下率、転写ロール３の入出側における被転写材５の板厚、被転写材５の上流及び下流側の張力、摩擦係数を設定した上で、式（１２）で求められる先進率が式（１）を満たすように、各種条件を変更する。

被転写材５への転写を行う場合、例えば、先進率が式（１）を満たすように、上流側の張力を上げたり、下流側の張力を下げたりすることで、被転写材５の被転写部６の形状が変わらないようにする。下流側の張力を下げるにあたっては下流側の移送ロール２の周速を下げ、上流側の張力を上げるにあたっては上流側の移送ロール２の周速を下げる。先進率を制御するに際しては、図４に示すような張力に対する先進率の変化を考慮して制御することが好ましい。
図５は、表１に示すように初期設定をした上で、式（１）を満たすように先進率を制御した際の転写ロール３の第１頂部の軌跡と、被転写部６の形状との関係をシミュレートしたものである。具体的には、表１の条件で、式（１）を満たすように、入側張力σbはそのままで、出側張力σfを変更した。

図５に示すように、転写部７の軌跡は殆ど被転写部６とオーバーラップしていないため、転写ロール３の転写部７によって被転写部６を削ることはなく、転写ロール３の転写部７によって転写した形状のそのものが被転写材５の表面に転写されることになる。
先進率を制御するにあたっては、被転写材５に加わる張力の他に、図６に示すように、被転写材５に対する転写ロール３の圧下率を変更してもよいし、図７に示すように、転写ロール３のロール速度を変化させて摩擦係数を変更することで先進率を制御するようにしてもよい。また、転写ロールの半径を変更してもよい。

上記の説明では、被転写部６の形状が変わらないように先進率を制御するようにしているが、被転写部６の形状のうち少なくとも被転写部６の高さを適宜設定できるように先進率を制御することもできる。
この場合は、被転写部６における第２頂部Ｎ２及び第３頂部Ｎ３のうち、移送方向の後側での第２頂部Ｎ３に着目し、その第２頂部Ｎ３における水平距離（被転写部６において基準となった底部Ｓ１から当該第２頂部Ｎ３までの水平距離）をａ’とし、第２頂部Ｎ３における垂直距離（被転写部６において基準となった底部Ｓ１から当該第２頂部Ｎ３までの垂直距離）をｂ’として、それぞれのａ’及びｂ’を上記ａ及びｂに置き換えると、式（２）を導くことができる。

即ち、被転写材５への転写を行うに際し、被転写部６の水平成分ａ’及び垂直成分ｂ’を設定した上で、先進率を制御することで、一部の形状は変化するものの被転写部６の高さを適宜変更することができる。
図８は、式（２）を満たすように先進率を制御した際の転写ロール３の第１頂部の軌跡と、被転写部６の形状との関係をシミュレートしたものである。図８に示すように、転写部７の軌跡は被転写部６とオーバラップして一部を削るものの、被転写部６の第２頂部Ｎ３を削ることはなく、少なくとも第２頂部Ｎ３を残したまま（高さは維持したまま）、被転写部６を形成することができる。

被転写部６における水平成分ａ、ａ’や垂直線分ｂ、ｂ’の設定にあたっては、式（１）及び式（２）を満たす条件下で、これら水平成分ａ、ａ’や垂直線分ｂ、ｂ’を１〜１００μｍにて繰り返し計算（収束計算）することで、水平成分ａ、ａ’と垂直線分ｂ、ｂ’との組み合わせを決定することができる。
図９は、式（１）及び式（２）及び表１の条件下で、水平成分ａ、ａ’と垂直線分ｂ、ｂ’との収束計算することで、これらの組み合わせを示した図である。図９では、範囲Ｇにあれば式（１）や式（２）を満たすことになる。

図９に示すように、例えば、垂直成分ｂ、ｂ’を２０μｍに固定したときは、水平成分ａ、ａ’を大凡７０μｍ以上にすればよい。
本発明の被転写材への転写方法は上記の実施形態に限定されない。本発明によれば、転写された被転写部６の高さを簡単に一定にしたり、形状を所定の形状にすることができるため、例えば、ＰＨＥ用の金属プレートやホログラムなどを製造するのに適している。
ＰＨＥ用金属プレートは、伝熱性を向上の観点から表面積の確保、即ち、表面積の増加が非常に重要なことである。ＰＨＥ用の金属プレートを製造する際に、本発明の方法によって被転写部６の表面の高さや形状を所定通りに設定することによって金属プレートの表面積を確実に増加させることができ、伝熱性が非常に優れた金属プレートを容易に製造することができる。

転写装置の概要図である。 転写の状態を示す説明図である。 ｔ１時間後の転写部と被転写部の位置を示す座標図である。 張力と先進率との関係を示した図である。 式（１）を満たす条件で転写した際の第１頂部の軌跡と被転写部の形状との関係を示した図である。 圧下率と先進率との関係を示した図である。 摩擦係数とロール速度（周速）との関係を示した図である。 式（２）を満たす条件で転写した際の第１頂部の軌跡と被転写部の形状との関係を示した図である。 被転写部における水平成分と垂直成分との組み合わせを示した図である。

符号の説明

１ 転写装置
２ 移送ロール
３ 転写ロール
４ 支持ロール
５ 被転写材
６ 被転写部
７ 転写部

Claims (5)

1. 転写ロールの転写部を移送されている被転写材に押圧することで当該被転写材に被転写部を転写する被転写材への転写方法において、
   前記被転写部の高さを設定すべく、前記転写ロールに対する被転写材の先進率を制御することを特徴とする被転写材への転写方法。
2. 前記被転写部の高さが転写ロールの転写部の高さと同一になるように先進率を制御することを特徴とする請求項１に記載の被転写材への転写方法。
3. 高さを含む被転写部の形状が転写ロールの転写部の形状と同一となるように先進率を制御することを特徴とする請求項１に記載の被転写材への転写方法。
4. 前記先進率の制御にあたっては、式（１）を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の被転写材への転写方法。
   

   
5. 前記先進率の制御にあたっては、式（２）を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の被転写材への転写方法。
   

   

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