JP2011201188A - 微細形状転写シートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】微細形状パターンを備えかつ加熱された金型をシート材料に加圧しながら押しつけることにより該シート材料表面に微細形状パターンを転写し賦形させる微細形状転写シートの製造方法および製造装置において、金型を加熱および冷却する際、加熱用熱媒および冷却用冷媒を金型外部で循環してから、熱冷媒供給口を介して金型内部へ供給し、所望したとおりの微細形状が精度良く転写されて賦形されたシート材料を短時間で製造することができる、微細形状転写シートの製造方法および製造装置。
【選択図】 図2
Description
(iv)前記(6)に記載の本発明の微細形状転写シートの製造装置によれば、前記供給マニホールドから前記排気マニホールまでの熱冷媒流路長さをそれぞれ等しくすることで、熱冷媒流れの流速が均一になり、金型表面全面で均一な温度分布を得られることから、所望したとおりの微細形状が精度良く転写されて賦形されたシート材料を短時間で製造することができる。
金型3と、
金型3と熱冷媒流路5とが接続され、熱冷媒が供給される導入口6a1と、金型3へ熱冷媒を供給する複数の供給分岐口6a2と、熱冷媒を金型3へ供給せず循環する際、熱冷媒を排出する循環口6a3を有する供給マニホールド6aと、
金型3と熱冷媒流路5と接続され、熱冷媒を排出する排出口6b1と、金型3から熱冷媒が流入する複数の流入分岐口6b2を有する排出マニホールド6bと、
熱媒の温度を一定にするための加熱用温調機31と、
冷媒の温度を一定にするための冷却用温調機32と、
各構成部品間の熱媒流路を接続するための配管類と、
熱媒流路を変更するため配管の途中に設置されたバルブユニット(7a〜7d、8a〜8d)から構成される。
バルブ7aは、加熱用熱媒が加熱用温調機31のみで循環することを制御するバルブであり、
バルブ7bは、加熱用温調機31から供給マニホールド6aへ熱媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ7cは、排出マニホールド6bから加熱用温調機31へ熱媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ7dは、加熱用温調機31と供給マニホールド6a間で熱媒の循環を制御するバルブであり、
バルブ8aは、冷却用冷媒が冷却用温調機32のみで循環することを制御するバルブであり、
バルブ8bは、冷却用温調機32から供給マニホールド6aへ冷媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ8cは、排出マニホールド6bから冷却用温調機32へ冷媒の供給を制御するバルブであり、
バルブ8dは、冷却用温調機32と供給マニホールド6a間で冷媒の循環を制御するバルブである。
図3は、熱媒循環工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。熱媒循環工程とは、金型3を加熱する前に、加熱用熱媒を金型外部で循環させる工程であり、さらに好ましくは、金型内熱冷媒流路5に冷媒が残存している間に、熱媒が供給マニホールド6aから供給分岐口6a2へ排出されずに、供給マニホールド6a端部に設けた循環口6a3から排出することによって循環するものである。ここで、バルブ7cは閉、バルブ7dが開であるため、供給マニホールド6a内の熱媒は金型3へは供給されず、循環口6a3を介して加熱用温調機31へ供給され循環する。この時、冷媒はバルブ8aを開にして冷媒用温調機32のみで循環する。
図6は、冷媒供給工程時の熱冷媒の流れ方向と各バルブの開閉を示した説明図である。冷媒供給工程とは、循環していた冷却用冷媒を、金型3に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して金型3を冷却する工程であり、さらに好ましくは、冷媒の流路を循環口6a3から、供給分岐口6a2へ変更することによって始まるものである。ここで、バルブ8cは開、バルブ8dは閉であるため、供給マニホールド6a内の冷媒は、循環口6a3へは供給されず、供給分岐口6a2を介して金型内熱冷媒流路5へ供給され金型3を冷却後、排出マニホールド6bを介して冷却用温調機32へ循環する。上述した冷却循環工程を実施することにより、冷却供給工程直前の供給マニホールド6a内に残存していた熱媒が冷媒供給工程前に循環口6a3から排出されるために、冷媒供給工程が開始された時に、供給分岐口6a2を介してすべての流路に、熱媒が混じることなく、均等に冷却温調された冷媒のみ供給される。その結果、金型3の表面が全面で均一に素早く降温させることが可能となる。
そのような構成にすると、金型の冷却をより速く正確に行うことができる。熱媒と冷媒を切り替える際に金型内に残留している媒体を圧縮空気などで追い出す必要がないため1サイクルの時間短縮化につながる。特に、熱媒としては、100℃以上に加熱された水を使用することが好ましい。冷媒としては、シートのガラス転移点温度以下に温調された水を使用することが好ましい。更に、効率良く伝熱できるように、流路内部のレイノズル数が1.0×104〜50×104 の範囲になることが好ましい。
1)前記金型を加熱する前に、前記加熱用熱媒を前記金型外部で循環させる熱媒循環工程と、
2)前記加熱用熱媒を、金型に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を加熱する熱媒供給工程と、
3)前記金型を冷却する前に、前記冷却用冷媒を前記金型外部で循環させる冷媒循環工程と、
4)前記冷却用冷媒を、金型に設けた複数の前記熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を冷却する冷媒供給工程と、
を有する。
1)前記金型の前記熱冷媒供給口に複数かつ並列に配置された分岐口を有する供給マニホールドを連結してなり、
2)前記熱媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に冷媒が残存している間に、熱媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた循環口から供給されることによって循環するものであり、
3)前記熱媒供給工程は、前記熱媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによって始まるものであり、
4)前記冷媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に熱媒が残存している間に、冷媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた前記循環口から排出することによって循環するものであり、
5)前記冷媒供給工程は、前記冷媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものである。
(A)あらかじめ、金型3をプレスユニット10にセットした後、フィルム2を巻出ユニット50にセットし、フィルム2の巻出部を引き出し、ガイドロールを経由し、プレスユニット内の金型の表面に沿わせ、さらに、離型ユニット20を経由して、巻取ユニット60で巻き取る(図1)。この時、前述の熱媒循環工程(図3)を行い、金型外部で熱媒を循環させておく。これにより、熱媒供給工程(図4)直前の供給マニホールド6a内に残存していた冷媒が熱媒供給工程前に循環口6a3から排出されるために、熱媒供給工程(図4)が開始された時に、供給分岐口6a2を介してすべての流路に、冷媒が混じることなく、均等に加熱温調された熱媒のみ供給される。その結果、金型3の表面が全面で均一に素早く昇温させることが可能となる。
(1)金型サイズ:450mm(フィルム走行方向)×450mm(フィルム幅方向)×24mm(厚み)
(2)金型内熱冷媒流路:φ6×450mm×25mmピッチ、金型表面と配管との距離は9mm
(3)金型材質:銅
(4)熱媒温度:140℃(加圧温水)
(5)冷媒温度:60℃(加圧温水)
(6)熱冷媒流量:16L/min(φ6金型内熱冷媒流路1本あたり)
(7)熱冷媒供給方法:図2のように隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるよう、金型側面片側に供給マニホールドと排出マニホールドを1組配置した。また、熱媒供給工程前には熱媒循環工程を実施し、冷媒供給工程前には冷媒循環工程を実施した。
(8)金型表面温度が冷却時の設定温度90℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度90℃から加熱時の120℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が120℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は4.5秒であり、金型表面の温度差は3.0℃であった。
(9)金型表面温度が加熱時の設定温度120℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度120℃から冷却時の90℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が90℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は4.5秒であり、金型表面の温度差は3.4℃であった。
(1)金型サイズ:実施例1と同じ
(2)金型内熱冷媒流路:実施例1と同じ
(3)金型材質:実施例1と同じ
(4)熱媒温度:実施例1と同じ
(5)冷媒温度:実施例1と同じ
(6)熱冷媒流量:実施例1と同じ
(7)熱冷媒供給方法:図7のように隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるよう、金型側面両側に循環口を有した供給マニホールドと排出マニホールドをそれぞれ2組配置した。また、熱媒供給工程前には熱媒循環工程を実施し、冷媒供給工程前には冷媒循環工程を実施した。
(8)金型表面温度が冷却時の設定温度90℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度90℃から加熱時の120℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が120℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は3.3秒であり、金型表面の温度差は3.3℃であった。
(9)金型表面温度が加熱時の設定温度120℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度120℃から冷却時の90℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が90℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は3.6秒であり、金型表面の温度差は3.6℃であった。
(1)金型サイズ:実施例1と同じ
(2)金型内熱冷媒流路:実施例1と同じ
(3)金型材質:実施例1と同じ
(4)熱媒温度:実施例1と同じ
(5)冷媒温度:実施例1と同じ
(6)熱冷媒流量:実施例1と同じ
(7)熱冷媒供給方法:図15のように、金型側面の片側から供給マニホールドにより金型内熱冷媒流路へ熱冷媒を供給し、反対側金型側面には金型内熱冷媒流路からの熱冷媒をとなりの金型内熱冷媒流路へ折り返す配管を接続し、供給マニホールドと同じ金型側面の排出マニホールドへ金型内熱冷媒流路から熱冷媒を排出した。また、熱媒供給工程前に熱媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している冷媒を随時押し出しながら熱媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。同様に、冷媒供給工程前に冷媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している熱媒を随時押出ながら冷媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。
(8)金型表面温度が冷却時の設定温度90℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度90℃から加熱時の120℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が120℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は6.5秒であり、金型表面の温度差は4.1℃であった。
(9)金型表面平均温度が120℃に到達後、5.0秒経過し確認した金型表面の温度差は3.8℃であり、金型表面温度差が大きく改善することはなかった。
(10)金型表面温度が加熱時の設定温度120℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度120℃から冷却時の90℃になるまでの冷却時間と、金型表面平均温度が90℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は4.8秒であり、金型表面の温度差は5.3℃であった。
(11)金型表面平均温度が90℃に到達後、5.0秒経過し確認した金型表面の温度差は4.6℃であり、金型表面温度差が大きく改善することはなかった。
(1)金型サイズ:実施例1と同じ
(2)金型内熱冷媒流路:実施例1と同じ
(3)金型材質:実施例1と同じ
(4)熱媒温度:実施例1と同じ
(5)冷媒温度:実施例1と同じ
(6)熱冷媒流量:実施例1と同じ
(7)熱冷媒供給方法:図16のように、隣り合う金型内熱冷媒流路の流れが反対方向になるように、金型側面両側に供給マニホールドと排出マニホールドをそれぞれ2組配置した。また、熱媒供給工程前に熱媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している冷媒を随時押し出しながら熱媒を金型内熱冷媒流路へ供給する。同様に、冷媒供給工程前に冷媒循環工程を実施せず、供給マニホールド内に残留している熱媒を随時押出ながら冷媒を金型内熱冷媒流路へ供給した。
(8)金型表面温度が冷却時の設定温度90℃になっていることを確認後、熱媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、冷却時の設定温度90℃から加熱時の120℃になるまでの加熱時間と、金型表面平均温度が120℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、加熱に要する時間は4.8秒であり、金型表面の温度差は4.5℃であった。
(9)金型表面温度が加熱時の設定温度120℃になっていることを確認後、冷媒を金型内に供給し、金型表面をサーモグラフィーで撮影することにより、加熱時の設定温度120℃から冷却時の90℃になるまでの冷却時間と、金型表面が90℃になった直後の金型表面の最高温度と最低温度の温度差を測定した。その結果、冷却に要する時間は3.8秒であり、金型表面の温度差は5.6℃であった。
2:フィルム
3:金型
3a:金型表面
4:転写成形領域
5:熱冷媒流路
6a:供給マニホールド
6a1:導入口
6a2:供給分岐口
6a3:循環口
6b:排出マニホールド
6b1:排出口
6b2:流入分岐口
7a〜7d:熱媒制御バルブ
7e:熱冷媒流量調整ジグ
8a〜8d:冷媒制御バルブ
9:制御装置
10:プレスユニット
11:支柱
12:プレスシリンダー
13:昇降ガイド
14a:加圧プレート(上)
14b:加圧プレート(下)
16a:フレーム(上)
16b:フレーム(下)
17:クッションシート
18:断熱材
20:離型ユニット
21:剥離ロール
22:補助ロール
30:金型温調ユニット
31:加熱用温調装置
32:冷却用温調装置
50:巻出ユニット
51:巻出ロール回転手段
52a〜d:ガイドロール
53:引出バッファ部
54:フィルム固定部
55:ボックス
56:吸引排気手段
57a、b:センサー
60:巻取ユニット
61:巻取ロール回転手段
62a〜d:ガイドロール
63:巻取バッファ部
64:搬送駆動ロール
65:フィルム固定部
66:ボックス
67:吸引排気手段
68a、b:センサー
P:流路ピッチ
T:金型の厚み
S:流路と金型表面までの距離(最短部)
D1:マニホールド内部の流路径
D2:金型内の熱冷媒流路径
Claims (8)
- 金型に同一の媒体からなる加熱用の熱媒と冷却用の冷媒を、金型内熱冷媒流路に切り替えて供給することにより前記金型の温度調整を行い、金型の表面に形成された微細形状を、シート材料の表面に転写し賦形させる微細形状転写シートの製造方法であって、
1)前記金型を加熱する前に、前記加熱用熱媒を前記金型外部で循環させる熱媒循環工程と、
2)前記加熱用熱媒を、金型に設けた複数の熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を加熱する熱媒供給工程と、
3)前記金型を冷却する前に、前記冷却用冷媒を前記金型外部で循環させる冷媒循環工程と、
4)前記冷却用冷媒を、金型に設けた複数の前記熱冷媒供給口に同時に供給して前記金型を冷却する冷媒供給工程と、
を有する微細形状転写シートの製造方法。 - 請求項1の微細形状転写シートの製造方法であって、
1)前記金型の前記熱冷媒供給口に複数かつ並列に配置された分岐口を有する供給マニホールドを連結してなり、
2)前記熱媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に冷媒が残存している間に、熱媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた循環口から供給されることによって循環するものであり、
3)前記熱媒供給工程は、前記熱媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものであり、
4)前記冷媒循環工程は、前記金型内熱冷媒流路に熱媒が残存している間に、冷媒が前記供給マニホールドから前記熱冷媒供給口側へ供給されずに、前記供給マニホールド端部に設けた前記循環口から供給することによって循環するものであり、
5)前記冷媒供給工程は、前記冷媒の流路を前記循環口から、前記熱冷媒供給口へ変更することによってなされるものである
微細形状転写シートの製造方法。 - 前記熱冷媒供給口が金型の側面両側に設けられ、隣り合う前記金型内熱冷媒流路内の熱冷媒の流れが逆向きになるように、熱媒および冷媒を供給する請求項1または2に記載の微細形状転写シートの製造方法。
- シート状の樹脂基材を、微細形状を備えた金型に付して加熱し、加圧することによって前記樹脂基材表面に微細形状を賦形する微細形状転写シートの製造装置であって、
1)表面に転写形状を備え、熱媒および冷媒の流路が内部に複数かつ平行に配された金型と、
2)熱媒および冷媒が供給される導入口と、前記金型へ熱媒および冷媒を供給する複数の供給分岐口と、熱媒および冷媒を金型へ供給せず循環させる際、熱媒および冷媒を排出する循環口を備えた、供給マニホールドと、
3)熱媒および冷媒を排出する排出口を備え、前記金型からの熱媒および冷媒が流入する複数の流入分岐口を備えた、排出マニホールドと、
4)熱媒および冷媒をそれぞれ温度制御しながら循環する温調機ユニットと、
5)前記金型と前記供給マニホールドと前記排出マニホールドと前記温調機ユニットを、熱媒および冷媒の流路となる配管で接続し配管ユニットと、
6)前記配管ユニット内の熱媒および冷媒の流れ方向を切り替え、熱媒循環工程と、熱媒供給工程と冷媒工程と、冷媒循環工程を可能にするバルブユニットと、
7)前記バルブユニットの切り替えを制御する制御装置と、
からなる熱冷媒循環回路を有する微細形状転写シートの製造装置。 - 前記供給マニホールドは前記金型を挟んで対向に設けられ、前記排出マニホールドが前記金型を挟んで対向に設けられた請求項4に記載の微細形状転写シートの製造装置。
- 前記供給マニホールドの前記導入口から前記金型内熱冷媒流路を介して前記排出マニホールドの排出口までの熱冷媒流路長さがそれぞれ等しくなるように接続されている請求項4または5に記載の微細形状転写シートの製造装置。
- 金型を間に挟み連結された前記供給マニホールドの前記導入口と前記排出マニホールドの前記排出口とが、前記金型の表面において対角に配置されている請求項6に記載の微細形状転写シートの製造装置。
- 前記供給マニホールドの供給分岐口の出口に熱冷媒流量調整用のジグが設置されている請求項4〜7のいずれかに記載の微細形状転写シートの製造装置。
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