JP2012210760A - 微細構造転写フィルムの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト状の金型3を、加熱ロール4に抱かせながら加熱する金型加熱工程と、成形用フィルム2bと金型とを密着させた状態で、加熱ロール4と、ニップロール6により加圧する加圧転写工程と、金型3と成形用フィルム2bを密着させたまま冷却ゾーンまで搬送する搬送工程と、金型とフィルムを密着させたまま金型側から冷却する金型冷却工程と、冷却後の成形用フィルム2bを剥離する剥離工程とを含む微細構造転写フィルムの製造方法であって、加圧転写工程、搬送工程、金型冷却工程、及び剥離工程において、前記成形用フィルムの前記転写側表面とは逆側の面に保護フィルムを積層させた状態にする。
【選択図】図1
Description
表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト状の金型を、加熱された加熱ロールに抱かせながら加熱する金型加熱工程と、
成形用フィルムの転写側表面と前記金型の微細構造表面とを密着させた状態で、前記加熱ロール、及び、前記加熱ロールと平行に配置されて表面が弾性体に覆われたニップロールから構成される一対のロールにより、ニップ加圧する加圧転写工程と、
加圧後の前記金型と前記成形用フィルムを密着させたまま冷却ゾーンまで搬送する搬送工程と、
前記冷却ゾーンで金型とフィルムを密着させたまま金型側から冷却する金型冷却工程と、
冷却後の金型と前記成形用フィルムとを剥離する剥離工程と、
を少なくとも含むことにより、金型の表面に形成された微細構造を、加熱した成形用フィルムの表面に転写する微細構造転写フィルムの製造方法であって、
前記加圧転写工程、前記搬送工程、前記金型冷却工程、及び、前記剥離工程において、前記成形用フィルムの前記転写側表面とは逆側の面に保護フィルムを積層させた状態にすることを特徴とする微細構造転写フィルムの製造方法。
前記金型を加熱するための加熱ロールと、加熱ロールと平行に配置され、表面が弾性体に覆われたニップロールと、前記両ロールを用いた挟圧手段とを少なくとも備えた加圧機構と、
前記金型を冷却するための冷却ロールと、
金型に密着した成形用フィルムを剥がすための離型手段と、
前記加熱ロールおよび前記冷却ロールを回転させて、前記金型を搬送する搬送手段と、
加圧機構よりも搬送方向上流側で成形用フィルムと保護フィルムとを積層するフィルム積層手段と、
前記離型手段よりも搬送方向下流側で成形用フィルムと保護フィルムとを剥離するための積層フィルム剥離手段と、
を備えたことを特徴とする微細構造転写フィルムの製造装置である。
また、ラミネートロール23またはニップロール24の表面は、一定の弾性および粘着性のあるゴム材質のものを適用すれば、保護フィルム20を全幅にわたってエアー等を排除しながら均一にラミネートする効果が高まる。例えば、ゴム硬度(JIS K6253 改訂年2006)が好ましくは50〜90°、より好ましくは60〜80°で、表面の中心線平均粗さが(JIS B0601 改訂年2001)が好ましくは0.1μm〜1.0μmの範囲が良い。好適な材質としては、EPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)、シリコーンゴム、フッ素ゴム等がある。各ロールのゴム硬度が90よりも大きかったり、中心線平均粗さが1μmよりも大きいものの場合、保護フィルムとロール間の密着性が十分でないために成形用フィルムたる基材と保護フィルムとの間にエアーを噛み込むことがあり、均一なラミネートが困難な場合がある。一方、ゴム硬度が50未満では、ラミネート動作時のゴム変形が大きいために、保護フィルムが十分な力でラミネートされず、密着力が低下し問題となることがある。なお、成形用フィルム幅方向の単位長さあたりのラミネート線圧は、用いる基材やフィルムにもよるが、0.1〜10N/cmの範囲が適度な密着力を得る上で好ましい。
また、加圧部の幅方向において圧力を端部に向かって徐々に低下させることが好ましい。幅方向に圧力の勾配をつけることにより、成形用フィルム2および保護フィルム20ともに搬送方向のシワが入りにくくなるため、転写後の両フィルムの界面で空気だまりが発生しにくい。その結果、シワや界面の空気だまりに起因する転写ムラを抑制できる。
また、両ロールの加圧時のたわみ量の合計は、金型の幅方向長さW内において50μm以下とすることが好ましく、さらに好ましくは30μm以下とすることが好ましい。たわみ量が50μm超となると、ニップロール6の弾性層11が変形に追従しきれなくなり、成形用フィルム2に負荷される押圧力が不均一となる。
エンドレスベルト金型の製造方法の一例を以下に示す。
巻出ロール9および巻取ロール10はともに成形用フィルム2を巻きつけるコアを固定できる構造となっており、端部はモータ等の駆動手段と連結され、速度を制御しながら回転可能となっている。また、トルク制御により、成形用フィルム2に与えられる張力を調整できることが好ましい。
本発明の微細構造転写フィルムの製造方法は、表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト状の金型を、加熱された加熱ロールに抱かせながら加熱する金型加熱工程と、成形用フィルムの転写側表面と前記金型の微細構造表面とを密着させた状態で、前記加熱ロール、及び、前記加熱ロールと平行に配置されて表面が弾性体に覆われたニップロールから構成される一対のロールにより、ニップ加圧する加圧転写工程と、加圧後の前記金型と前記成形用フィルムを密着させたまま冷却ゾーンまで搬送する搬送工程と、前記冷却ゾーンで金型とフィルムを密着させたまま金型側から冷却する金型冷却工程と、冷却後の金型と前記成形用フィルムとを剥離する剥離工程と、を少なくとも含むことにより、金型の表面に形成された微細構造を、加熱した成形用フィルムの表面に転写することにより微細構造転写フィルムを製造する微細構造転写フィルムの製造方法であって、前記加圧転写工程、前記搬送工程、前記金型冷却工程、及び、前記剥離工程において、前記成形用フィルムの前記転写側表面とは逆側の面に保護フィルムを積層させた状態にすることを特徴とするものである。
また、かかる粘着層としては、アクリル系、ゴム系、シリコーン系の粘着樹脂を使用することができる。
本発明の実施形態の一例を図1、2を用いて説明する。
成形用フィルム2には、シクロオレフィンポリマーからなる厚さ40μmのフィルム(商品名ゼオノアZF14−040、株式会社オプテス製)幅は220mmとした。
保護フィルム20に188μmの厚みを有するポリエステルフィルム(商品名ルミラーT60、東レ株式会社製)を適用した。
金型3は厚み0.2mmのステンレス鋼ベルトの表面に厚み0.1mmのニッケル鍍金をしたものに、ピッチ24μm、深さ12μmのV溝形状を該ベルトの周方向と平行に切削加工して作成した。また、該ベルトの幅は200mm、周長は1200mmとした。
加熱ロール4は炭素鋼からなる筒状の芯材の表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。加熱ロール4の金型3を懸架する中央部の外径は180mm、幅方向長さは204mmとした。加熱手段には赤外線ランプヒータを用い、加熱ロール4の表面温度を210℃まで加熱した。
冷却ロール5は加熱ロール4と同様に、炭素鋼を芯材とし、表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。冷却ロール5は内部を循環する流水により、常に表面温度50℃に保った。
ニップロール6は外径が160mmの炭素鋼からなる筒状の芯材表面に、弾性層11としてポリエステル樹脂(硬度:ショア D80°)を20mmの厚みで被膜したものを用いた。
押圧手段14には空気圧シリンダを用いてニップロール6に対し押圧力120kNを負荷した。このとき、ニップロール6と成形用フィルム2との接触幅Bを、圧力測定フィルム(プレスケール、富士フィルム株式会社製)を用いて確認したところ全幅で6mmであり、成形用フィルム2に負荷される圧力が100MPaとなり、幅方向で均一であった。
フィルムの搬送速度を1m/分から最大30m/分まで徐々にあげていったところ、いずれの速度でも成形用フィルムにシワがはいることなく、金型に加工された微細形状を均一に連続的に転写することができた。
なお、10m/分までV溝形状をほぼ100%転写することができた。図7に10m/分の時の成形後のフィルムの断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す。
成形用フィルム2には、シクロオレフィンポリマーからなる厚さ40μmのフィルム(商品名ゼオノアZF14−040、株式会社オプテス製)幅は220mmとした。
保護フィルム20に188μmの厚みを有するポリエステルフィルム(商品名ルミラーT60、東レ株式会社製)を適用した。
金型3は厚み0.2mmのステンレス鋼ベルトの表面に厚み0.1mmのニッケル鍍金をしたものに、ピッチ24μm、深さ12μmのV溝形状を該ベルトの周方向と平行に切削加工して作成した。また、該ベルトの幅は200mm、周長は1200mmとした。
加熱ロール4は炭素鋼からなる筒状の芯材の表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。加熱ロール4の金型3を懸架する中央部の外径は180mm、幅方向長さは204mmとした。直径は加圧部中央部で180mmとし、端部に向かうにしたがって徐々に直径を小さくした。直径分布は図8に示す。
冷却ロール5は加熱ロール4と同様に、炭素鋼を芯材とし、表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。冷却ロール5は内部を循環する流水により、常に表面温度50℃に保った。
ニップロール6は外径が160mmの炭素鋼からなる筒状の芯材表面に、弾性層11としてポリエステル樹脂(硬度:ショア D80°)を20mmの厚みで被膜したものを用いた。
押圧手段14には空気圧シリンダを用いてニップロール6に対し押圧力120kNを負荷した。このとき、ニップロール6と成形用フィルム2との接触幅Bを、圧力測定フィルム(プレスケール、富士フィルム株式会社製)を用いて確認したところ中央部で6.5mmで両端部で5.5mmであり、成形用フィルム2に負荷される圧力が中央部で高く、端部で小さくなっていた。
フィルムの搬送速度を1m/分まで最大30m/分まで徐々にあげていったところ、いずれの速度でも成形用フィルムにシワがはいることなく、金型に加工された微細形状を連続的に転写することができた。
なお、15m/分までV溝形状をほぼ100%転写することができた。図9に15m/分の時の成形後のフィルムの断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す。
成形用フィルム2には、シクロオレフィンポリマーからなる厚さ100μmのフィルム(商品名ゼオノアZF14−100、株式会社オプテス製)幅は220mmとした。
保護フィルム20に188μmの厚みを有するポリエステルフィルム(商品名ルミラーT60、東レ株式会社製)を適用した。
金型3は厚み0.2mmのステンレス鋼ベルトの表面に厚み0.1mmのニッケル鍍金をしたものに、ピッチ24μm、深さ12μmのV溝形状を該ベルトの周方向と平行に切削加工して作成した。また、該ベルトの幅は200mm、周長は1200mmとした。
加熱ロール4は炭素鋼からなる筒状の芯材の表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。加熱ロール4の金型3を懸架する中央部の外径は180mm、幅方向長さは204mmとした。加熱手段には赤外線ランプヒータを用い、加熱ロール4の表面温度を210℃まで加熱した。
冷却ロール5は加熱ロール4と同様に、炭素鋼を芯材とし、表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。冷却ロール5は内部を循環する流水により、常に表面温度50℃に保った。
ニップロール6は外径が160mmの炭素鋼からなる筒状の芯材表面に、弾性層11としてポリエステル樹脂(硬度:ショア D80°)を20mmの厚みで被膜したものを用いた。
押圧手段14には空気圧シリンダを用いてニップロール6に対し押圧力120kNを負荷した。このとき、ニップロール6と成形用フィルム2との接触幅Bを、圧力測定フィルム(プレスケール、富士フィルム株式会社製)を用いて確認したところ全幅で6.5mmであり、成形用フィルム2に負荷される圧力が幅方向で均一であった。
フィルムの搬送速度を1m/分まで最大30m/分まで徐々にあげていったところ、いずれの速度でも成形用フィルムにシワがはいることなく、金型に加工された微細形状を均一に連続的に転写することができた。
なお、10m/分までV溝形状をほぼ100%転写することができた。
成形用フィルム2には、シクロオレフィンポリマーからなる厚さ40μmのフィルム(商品名ゼオノアZF14−040、株式会社オプテス製)幅は220mmとした。
保護フィルム20は適用しなかった。
金型3は厚み0.2mmのステンレス鋼ベルトの表面に厚み0.1mmのニッケル鍍金をしたものに、ピッチ24μm、深さ12μmのV溝形状を該ベルトの周方向と平行に切削加工して作成した。また、該ベルトの幅は200mm、周長は1200mmとした。
加熱ロール4は炭素鋼からなる筒状の芯材の表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。加熱ロール4の金型3を懸架する中央部の外径は180mm、幅方向長さは204mmとした。
冷却ロール5は加熱ロール4と同様に、炭素鋼を芯材とし、表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。冷却ロール5は内部を循環する流水により、常に表面温度50℃に保った。
ニップロール6は外径が160mmの炭素鋼からなる筒状の芯材表面に、弾性層11としてポリエステル樹脂(硬度:ショア D80°)を20mmの厚みで被膜したものを用いた。
押圧手段14には空気圧シリンダを用いてニップロール6に対し押圧力120kNを負荷した。このとき、ニップロール6と成形用フィルム2との接触幅Bを、圧力測定フィルム(プレスケール、富士フィルム株式会社製)を用いて確認したところ全幅で5.5mmであり、成形用フィルム2に負荷される圧力は幅方向で均一であった。
フィルムの搬送速度を1m/分から最大30m/分まで徐々にあげていったところ、いずれの速度でも成形用フィルムにシワが入ったり、フィルムが破断し、微細形状を連続的に転写することができず、破断がない部分でも成形後のフィルムに折れジワが残った。
成形用フィルム2には、シクロオレフィンポリマーからなる厚さ100μmのフィルム(商品名ゼオノアZF14−040、株式会社オプテス製)幅は220mmとした。
保護フィルム20は適用しなかった。
金型3は厚み0.2mmのステンレス鋼ベルトの表面に厚み0.1mmのニッケル鍍金をしたものに、ピッチ24μm、深さ12μmのV溝形状を該ベルトの周方向と平行に切削加工して作成した。また、該ベルトの幅は200mm、周長は1200mmとした。
加熱ロール4は炭素鋼からなる筒状の芯材の表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。加熱ロール4の金型3を懸架する中央部の外径は180mm、幅方向長さは204mmとした。
冷却ロール5は加熱ロール4と同様に、炭素鋼を芯材とし、表面に硬質クロム鍍金をしたものを用いた。冷却ロール5は内部を循環する流水により、常に表面温度50℃に保たれた。
ニップロール6は外径が160mmの炭素鋼からなる筒状の芯材表面に、弾性層11としてポリエステル樹脂(硬度:ショア D80°)を20mmの厚みで被膜したものを用いた。
押圧手段14には空気圧シリンダを用いてニップロール6に対し押圧力120kNを負荷した。このとき、ニップロール6と成形用フィルム2との接触幅Bを、圧力測定フィルム(プレスケール、富士フィルム株式会社製)を用いて確認したところ全幅で6mmであり、成形用フィルム2に負荷される圧力は幅方向で均一であった。
フィルムの搬送速度を1m/分から最大30m/分まで徐々にあげていったところ、時々、成形用フィルムにシワが入った状態で加圧転写されることがあり、均一に微細形状を転写することができず、成形後のフィルムの一部に折れジワが残った。
2:成形用フィルム
2a:成形用フィルムの転写側表面
3:金型
3a:金型の微細構造面
4:加熱ロール
5:冷却ロール
6:ニップロール
7:剥離ロール
9:巻出ロール
10:巻取ロール
11:弾性層
13:軸受
14:押圧手段
20:保護フィルム
21:保護ラミネート装置
22:保護フィルム剥がし装置
23:ラミネートロール
24:ニップロール
25:巻取ロール
31:非加圧部
W:エンドレスベルト金型の幅方向長さ
δ:ニップロール表面の弾性層の厚さ方向変形量
P:押圧手段によりニップロールに与えられる力
B:ニップロール表面弾性層の変形に伴う成形用フィルムとの接触幅
σ:加圧部において成形用フィルムに加わる圧力
Claims (10)
- 表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト状の金型を、加熱された加熱ロールに抱かせながら加熱する金型加熱工程と、
成形用フィルムの転写側表面と前記金型の微細構造表面とを密着させた状態で、前記加熱ロール、及び、前記加熱ロールと平行に配置されて表面が弾性体に覆われたニップロールから構成される一対のロールにより、ニップ加圧する加圧転写工程と、
加圧後の前記金型と前記成形用フィルムを密着させたまま冷却ゾーンまで搬送する搬送工程と、
前記冷却ゾーンで金型とフィルムを密着させたまま金型側から冷却する金型冷却工程と、
冷却後の金型と前記成形用フィルムとを剥離する剥離工程と、
を少なくとも含むことにより、金型の表面に形成された微細構造を、加熱した成形用フィルムの表面に転写する微細構造転写フィルムの製造方法であって、
前記加圧転写工程、前記搬送工程、前記金型冷却工程、及び、前記剥離工程において、前記成形用フィルムの前記転写側表面とは逆側の面に保護フィルムを積層させた状態にすることを特徴とする微細構造転写フィルムの製造方法。 - 前記成形用フィルムの厚みが10μm以上、100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の微細構造転写フィルムの製造方法。
- 加圧転写工程における圧力分布を、フィルム幅方向の中央部から端部に向かって小さくすることを特徴とする請求項1または2に記載の微細構造転写フィルムの製造方法。
- 前記金型加熱工程において、加熱後の金型表面温度が180〜250℃であって、前記加圧転写工程において、フィルムに負荷されるニップ圧が80MPa以上であって、前記金型冷却工程において、冷却後の金型表面温度が20〜80℃である、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微細構造転写フィルムの製造方法。
- 前記保護フィルムと前記成形用フィルムの積層状態は、前記加圧転写工程の非加圧部のみで粘着層を介して粘着されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の微細構造転写フィルムの製造方法。
- 表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト状の金型と、
前記金型を加熱するための加熱ロールと、加熱ロールと平行に配置され、表面が弾性体に覆われたニップロールと、前記両ロールを用いた挟圧手段とを少なくとも備えた加圧機構と、
前記金型を冷却するための冷却ロールと、
金型に密着した成形用フィルムを剥がすための離型手段と、
前記加熱ロールおよび前記冷却ロールを回転させて、前記金型を搬送する搬送手段と、
加圧機構よりも搬送方向上流側で成形用フィルムと保護フィルムとを積層するフィルム積層手段と、
前記離型手段よりも搬送方向下流側で成形用フィルムと保護フィルムとを剥離するための積層フィルム剥離手段と、
を備えたことを特徴とする微細構造転写フィルムの製造装置。 - 前記ニップロールの表面の弾性体のゴム硬度が、ASTM D2240:2005規格で70〜97°であることを特徴とする請求項6に記載の微細形状転写フィルムの製造装置。
- 前記加熱ロールの加圧部において、ロールの直径が幅方向中央から外側に向かって徐々に小さくなることを特徴とする請求項6または7に記載の微細構造転写フィルムの製造装置。
- 前記ニップロールの加圧部において、ロールの直径が幅方向中央から外側に向かって徐々に小さくなることを特徴とする請求項6または7に記載の微細構造転写フィルムの製造装置。
- 前記金型の加圧部において、金型の厚みが幅方向の中央から外側に向かって徐々に小さくなることを特徴とする請求項6または7に記載の微細構造転写フィルムの製造装置。
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