JP2011073216A - ロール金型の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面微細加工金型にキズ等の損傷を与えることなく、安全かつ環境低負荷な方法で切削油等の汚れを除去する。
【解決手段】 洗浄液の入った槽にロール金型を浸漬し、ロール金型を中心軸を中心として回転させながら、周波数が５０ｋＨｚ以上の超音波を印加してロール金型を洗浄する。その後、ロール金型の表面から３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下の距離に配置されたノズルから、ロール金型に向けて３〜１０ＭＰａの噴射圧力で純水を噴射してロール金型の仕上げ洗浄を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロール金型の洗浄方法に関する。より具体的には、光学シート作製に使用される、表面に微細な加工パターンを有するロール金型の洗浄方法に関する。

液晶表示装置において、画像を表示する際の照明方法の代表的なものとして、液晶パネルの背後に配置した光源を利用して画像表示を行う、背面光源型やエッジライト型面光源を用いるものがあげられる。このような表示装置では、光源の光を高効率で利用できるように、表面に数十μｍピッチでプリズム列が配列されたプリズムシートが広く用いられている。

プリズムシートなどの微細な構造を有する光学シートの製造には、円筒状のロール金型の外周に微細な形状が形成されたロール金型が一般的に用いられている。このような微細構造は、ロール金型の外周面をダイヤモンドバイトなどのバイトを用いて切削加工することにより形成される。一般的に、切削工程では切削屑を切削部位から除去したり、バイトとロール金型との間の潤滑させたり、バイト先端を冷却させるなどの目的で、バイトとロール金型との接触部に切削油が供給される。

この切削油および切削屑は、ロール金型を用いて光学シートなどの製造を行うまでに、洗浄等により除去される必要がある。従来は、以下のような方法により切削油の除去を行っていた。

特開２００８−１０６２８９号公報（特許文献１）では、主に有機溶剤やそれと炭化水素系洗浄剤を組み合わせて使用する洗浄方法が提案されている（特許文献１）。この方法は、危険物を大量に扱う事になり装置や建屋に制限が生じる。また、１−ブロモプロパンやフッ素系溶剤では、環境や人体への悪影響が懸念されるという問題がある。

特開２００７−２１６４３１号公報（特許文献２）では、酸やアルカリの入った浴で電解脱脂など行う事により洗浄を行う方法が提案されている。しかしながら、酸やアルカリを用いる場合は母材の金型が腐食させるなどの問題がある。

特開２００５−２４６６６７号公報（特許文献３）では、プラズマを発生させ、反応ガスを吹き付けながら金型の汚れを燃焼除去する方法が提案されている。しかしながら、プラズマを用いた洗浄方法は、除去速度が遅く、工業的に利用することは困難である。また、無機系異物に関しては除去する事が難しいなどの問題がある。

特開平５−１６１５２号公報（特許文献４）では、純水浴での超音波処理、純水の噴射、アルカリ水などの機能水を用いた洗浄方法が提案されている。しかしながら、純水浴で超音波処理すると、微細加工の先端が欠けるなどの問題が生じやすい。さらに、純水噴射では、金型に付着した切削油以外の異物が噴射により金型に打ち付けられて金型にキズがつく等の問題点がある。

特開２００４−１０５９４７号公報（特許文献５）では、超臨界流体を用いて金型を洗浄する方法が提案されている。この方法では、金型へのダメージも少なく洗浄性も高いという利点があるが、超臨界液体を用いる場合は高温高圧の環境が必要であり、さらに高い密閉性が確保された空間で洗浄を行わなければならず、ある程度の大きさを有するものを洗浄するには非常に高価な設備が必要であるという問題がある。

特開２００８−１０６２８９号公報 特開２００７−２１６４３１号公報 特開２００５−２４６６６７号公報 特開平５−１６１５２号公報 特開２００４−１０５９４７号公報

本発明は、上記問題を鑑みて、従来の洗浄における種々の課題を解決し、光学シートの製造に用いられる、表面に微細な加工パターンが形成された表面微細加工金型にキズ等の損傷を与えることなく、安全かつ環境低負荷な方法で切削油等の汚れを除去する方法を提供することを目的とする。

本発明においては、光学シートの製造に使用されるロール金型の洗浄方法であって、洗浄液の入った槽に前記ロール金型を浸漬し、前記ロール金型を中心軸を中心として回転させながら、周波数が５０ｋＨｚ以上の超音波を印加して金型を洗浄する第１の洗浄工程と、前記第１の工程の後に、前記ロール金型の表面から３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下の距離に配置されたノズルから、前記ロール金型に向けて３〜１０ＭＰａの噴射圧力で純水を噴射する第２の洗浄工程と、を含むことを特徴とするロール金型の洗浄方法が提供される。

本発明の一能様においては、前記洗浄液は界面活性剤の水溶液であることを特徴とする。

本発明の別の一能様においては、前記洗浄液は、２０℃〜７０℃に調節されることを特徴とする。

本発明のさらに別の一能様においては、前記純水は２０℃〜８０℃に調節されることを特徴とする。

本発明のさらに別の一能様においては、前記第２の洗浄工程の後に、前記ロール金型の乾燥が行われることを特徴とする。

本発明に係る表面微細加工金型の洗浄方法では、最初の洗剤水溶液槽での微弱超音波処理することにより、金型表面に付着した異物を取り除き、その後に行われる高圧純水洗浄によって仕上げの洗浄を行うため、高圧で純水を金型に噴射しても金型にキズをつける等の問題を回避することができる。また、有機溶媒や高温高圧環境等を必要としないため、安全且つ環境低負荷で金型の洗浄を行う事ができる。

本発明に係る洗浄方法に用いられる洗浄装置の模式断面図である。 本発明に係る洗浄方法に用いられるジェット洗浄機を模式的に表した上面図である。

以下、本発明を実施する形態について説明する。

本発明のロール金型の洗浄方法は、ロール金型を界面活性剤の水溶液を含む水槽に浸漬し、ロール金型を回転させながら超音波を印加して、ロール金型に付着した大半の油や異物を除去する第１の工程と、ロール金型に純水を噴射して仕上げの洗浄を行う第２の工程とからなる。

本発明の金型表面に付着した異物を除去する第１の工程について、図１を参照しながら説明する。

図1のロール金型１は円筒形状を呈しており、その外周面には複数の凸状部からなる微細加工パターンが形成されている。この加工用凸状部は金型の周方向に延びる三角柱状体によって形成されている。そして、ロール金型の外周には複数の三角柱状体が並列されており、加工パターンを形成している。このような加工用凸状部は高さ５〜５００μｍの三角形断面を有する柱状からなり、ロール金型の軸方向の配列ピッチは５〜５００μｍとされる。

図１には、表面に微細加工が施された金型を洗浄するための洗浄装置１０が模式的に示されており、該洗浄装置１０は、洗浄槽２と超音波発信機３、ヒーター（図示されず）、回転機構（図示されず）からなる。

洗浄槽２には洗浄液４として界面活性剤水溶液が入っており、洗浄が行われるロール金型１が、洗浄液４が入った洗浄槽２に浸漬される。なお、洗浄液４は洗浄するロール金型１の母材に合わせて種々に変更する事ができる。

洗浄槽２の洗浄液４は、ヒーター（図示されず）により温度が２０℃〜７０℃に調節される。なお、界面活性剤水溶液の温度の調整は、ヒーター以外の従来公知の手段を用いても構わない。この洗浄槽２にロール金型１を横向けに浸漬する。超音波発信機３から周波数５０ｋＨｚ以上の超音波を印加し、ロール金型１の中心軸を中心に０．５〜２０rpmで回転させる。これにより、大半の油やゴミ、表面についた異物を除去する。このとき印加する超音波の周波数が５０ｋＨｚ以下であると、金型に傷がつくなどの問題が発生する傾向にある。印加する超音波の周波数は、７０ｋＨｚ以上であることが好ましく、９０ｋＨｚ以上であることがより好ましく、さらに好ましくは１００ｋＨｚである。

次に、図２を参照しながら、仕上げの洗浄を行う第２の工程について説明する。

図２は、ジェット洗浄機２０を模式的に表した上面図である。ジェット洗浄機２０は、純水の噴射とエアーの噴射を行うノズル２１と、純水を保持するタンク（図示されず）と、純水の温度を調節するヒーター（図示されず）と、ポンプ（図示されず）と、中心軸を中心にロール金型１を回転させる回転機構（図示されず）とを備える。

第１の工程により洗浄が行われたロール金型１は、図２に図示されるようにジェット洗浄装置１０にセットされる。ついで、中心軸を中心にロール金型１を回転させながら、ロール金型１に向けて純水を噴射する。噴射する純水の温度は、２０℃〜８０℃に調節されることが好ましい。また、ノズル２とロール金型１との距離は３０〜７０ｍｍ、好ましくは４０〜６０ｃｍ、噴射する純水の噴射圧力は３〜１５ＭＰａ、好ましくは６〜９ＭＰａに調節される。噴射圧力が１５ＭＰａを超えるとロール金型１に傷がついてしまう傾向にあり、３ＭＰａ以下だと十分な洗浄効果が得られない傾向にある。また、ノズル２１から噴射する純水の広がり角度は３０°〜６０°、より好ましくは３５°〜５０°の角度を有することが好ましい。さらに、ノズル２１の先端は重力方向下方向に傾けて配置されることが好ましい。より具体的には、ロール金型１の中心軸が重力方向と略一致するように配置され、ノズル２１の先端が重力方向下方向に向くように設置される。このようにロール金型１とノズル２１とを配置することで、純水が直角にロール金型１の表面に当たる場合と比較して、ロール金型１の表面に傷等が付きにくくなる傾向にある。さらに、噴射した純水が重力方向下方向へと自然と排出されるために、より好適な洗浄効果を得ることができる。純水の噴射が終了すると、ロール金型１に向けてノズル２１からエアーを噴射し、ロール金型１の乾燥を行われる。

なお、上述の例ではノズル２１から純水の噴射とエアーの噴射とを行ったが、純水の噴射とエアーの噴射を別々のノズルを用いて行っても良く、また別の乾燥装置によりロール金型１の乾燥を行っても構わない。

このように本発明の実施形態によれば、光学シート作製に使用される金型を環境負荷のかかる薬品を使用することなく、また金型に傷をつけずに十分な洗浄を簡易で安価に行うことができる。

以下、本発明の実施例について詳述する。

（実施例１）
まず、ロール金型基材として外径２００ｍｍ、画長１５０ｍｍの鋼製ロールを準備した。そしてロール金型基材の外周表面を研磨した後、その外周表面銅めっきを施して厚さ５００μｍ、ビッカース硬度２３０Ｈｖの硬質銅めっき層を設けた。ついで、ダイヤモンドバイトを用いて、銅めっき層を旋削して、断面が頂角６８度の二等辺三角形のプリズムパターンがピッチ３０μｍで配列された加工パターンを形成した。

加工パターンが形成されたロール金型を、洗浄液が入った洗浄槽に浸漬し、周波数１００ｋＨｚの超音波を洗浄液に印加し、回転数３ｒｐｍでロール金型を中心軸を中心に回転させながら、ロール金型の洗浄を３０分間行った。なお、洗浄液は、旭化成製エリーズＭ５７２１の２５％水溶液を用い、洗浄液の温度は６０℃に調節した。

次いで、ジェット洗浄装置にロール金型を乗せ換え、ノズルとロール金型との距離を５０ｍｍとし、ロール金型の中心軸を中心としてロール金型を回転数３ｒｐｍで回転させながら噴射圧力８ＭＰａでノズルからロール金型に向けて純水の噴射を行い、１５分間ロール金型を洗浄した。噴射した純水の温度は６０℃、純水の広がり角度は４５°で洗浄を行った。その後ノズルからロール金型に向けてエアーを噴射して、５分間の乾燥を行った。

洗浄、乾燥後の金型を暗室で入念に検査したが、キスや乾燥ムラ等の欠陥は見られなかった。

（比較例１）
実施例１と同様に加工パターンが形成されたロール金型を、アルカリ水の入った水槽に浸漬して、ロール金型の中心軸軸を中心にロール金型を３ｒｐｍで回転させながら、アルカリ水に周波数４０ＫＨｚの超音波を印加して３０分間洗浄を行った以外は、実施例１と同様の洗浄を行った。その結果、ロール金型の表面に多数の傷が見られた。

（比較例２）
また、印加する超音波の周波数を４０ｋＨｚとした以外は、実施例１と同様にして洗浄を行った。その結果、ロール金型の表面に多数の傷が見られた。

ロール金型 １
洗浄槽 ２
超音波発信機 ３
洗浄液 ４
洗浄装置 １０
ジェット洗浄機 ２０
ノズル ２１

Claims (5)

1. 光学シートの製造に使用されるロール金型の洗浄方法であって、
   洗浄液の入った槽に前記ロール金型を浸漬し、前記ロール金型を中心軸を中心として回転させながら、周波数が５０ｋＨｚ以上の超音波を印加して前記ロール金型を洗浄する第１の洗浄工程と、
   前記第１の工程の後に、前記ロール金型の表面から３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下の距離に配置されたノズルから、前記ロール金型に向けて３〜１０ＭＰａの噴射圧力で純水を噴射する第２の洗浄工程と、
   を含むことを特徴とするロール金型の洗浄方法。
2. 請求項１に記載の洗浄方法であって、前記洗浄液は界面活性剤の水溶液であることを特徴とする、ロール金型の洗浄方法。
3. 請求項１または２に記載の洗浄方法であって、前記洗浄液は、２０℃〜７０℃に調節されることを特徴とするロール金型の洗浄方法。
4. 請求項１乃至３に記載の洗浄方法であって、前記純水は２０℃〜８０℃に調節されることを特徴とするロール金型の洗浄方法。
5. 請求項１乃至４に記載の洗浄方法であって、前記第２の洗浄工程の後に、前記ロール金型の乾燥が行われることを特徴とする、ロール金型の洗浄方法。