JP2014122433A - スタンパとその製造方法、成形体の製造方法、スタンパ用のアルミニウム原型、および着雪防止部材と着氷防止部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルミニウムの純度が99.5%以上であるロール状のアルミニウム原型を研磨して、算術平均粗さRa0.05μm以下とした表面に、微細凹凸構造を有するアルミナが陽極酸化により形成されていることを特徴とするスタンパ。このスタンパを使用することによって、転写面にマクロな凹凸や色ムラがなく、反射防止物品などとして好適な成形体を製造できる。
【選択図】なし
Description
本願は2007年10月25日に、日本に出願された特願2007−277855号及び2008年7月30日に、日本に出願された特願2008−196741号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また基材にアルミニウムを蒸着してから原型を作製する方法もあるが、規則性の高いポーラスアルミナを作製するにはアルミニウム中にSiやTiやMgを添加して結晶粒径増大を抑制する必要がある(特許文献2、3参照)。
また、基材にアルミニウムを蒸着してから原型を作製する方法では、平滑な蒸着膜を得るためにSiやTiやMgを添加するとアルミニウムの純度が低くなるため陽極酸化によりポーラスアルミナ表面に合金成分の金属間化合物の脱落によるミクロンオーダーの凹凸が形成されスタンパとして用いるとミクロンオーダーの凹凸も転写されて転写フィルムのヘイズ増大の原因になる可能性があるなど問題も多い。
また、一段階目の陽極酸化の酸化皮膜厚を制御することで目視では凹凸が判らないレベルにしても転写面に色ムラが生じてしまう、という問題点を有していた。
前記研磨が電解研磨であることが好ましい。
円換算直径が1mm超であり、凹凸の高さの差が600nm超であるマクロな凹凸を含まないことが好ましい。
前記スタンパの微細凹凸構造が、アスペクト比1.8以上の細孔からなることが好ましい。
前記アルミニウム原型は、アルミニウムの純度が99.5%以上であり、かつ該アルミニウム原型100質量%中の、ケイ素の含有量が0.04質量%以下であり、鉄の含有量が0.06質量%以下であり、銅の含有量が0.01質量%以下であることが好ましい。
前記アルミニウム原型は、鍛造処理されたものであることが好ましい。
前記アルミニウム原型の平均結晶粒径は1mm以下であることが好ましく200μm以下であることがより好ましく、150μm以下であることが更に好ましい。1mmを超えると転写面にマクロな凹凸や色ムラを生じさせてしまうため反射防止物品としての使用に適さない。
前記鍛造処理は熱間鍛造または熱間鍛造および冷間鍛造であることが好ましい。
本発明のスタンパの製造方法は、表面に微細凹凸構造を有するアルミナが形成されたロール状のスタンパの製造方法であって、ロール状のアルミニウム原型の表面を研磨し、表面の算術平均粗さRaを0.05μm以下とする研磨工程と、アルミニウム原型を電解液中で陽極酸化して酸化皮膜を形成する第1の酸化皮膜形成工程(a)と、形成された前記酸化皮膜を除去し、陽極酸化の細孔発生点を形成する酸化皮膜除去工程(b)と、前記細孔発生点が形成されたアルミニウム中間体を電解液中で再度陽極酸化し、前記細孔発生点に細孔を備えた酸化皮膜を形成する第2の酸化皮膜形成工程(c)と、形成された前記細孔の径を拡大させる孔径拡大処理工程(d)とを具備することを特徴とする。
前記研磨工程は前記アルミニウム原型の表面を電解研磨する工程であることが好ましい。
前記アルミニウム原型は、鍛造処理されたものであることが好ましい。
本発明の成形体の製造方法は、前記スタンパと透明基材との間に活性エネルギー線硬化性組成物を配し、前記活性エネルギー線硬化性組成物が前記スタンパに接触した状態で、該活性エネルギー線硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して、該活性エネルギー線硬化性組成物を硬化した後、前記スタンパを剥離し、前記透明基材の表面に前記活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物からなる微細凹凸構造が形成された成形体を製造することを特徴とする。
本発明の成形体の製造方法は、前記スタンパと透明基材との間に活性エネルギー線硬化性組成物を配し、前記活性エネルギー線硬化性組成物に前記スタンパ表面の微細凹凸構造を転写し、前記スタンパを剥離した後、該活性エネルギー線硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して、該活性エネルギー線硬化性組成物を硬化し、前記透明基材の表面に前記活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物からなる微細凹凸構造が形成された成形体を製造することを特徴とする。
前記成形体の微細凹凸構造が、アスペクト比1.8以上の突起からなることが好ましい。
本発明において、成形体の好ましい具体例としては、反射防止膜(反射防止フィルム、反射防止シートを含む)などの反射防止物品が挙げられる。
本発明のアルミニウム原型は、前記スタンパ用である。
本発明の着雪防止部材および着氷防止部材は、周期が400nm以下であり、高さが50nm以上の微細凹凸構造を表面に有することを特徴とする。
本発明のスタンパ、すなわち、表面に陽極酸化アルミナが形成されたスタンパは、アルミニウムの純度が99.5%以上であり、かつ平均結晶粒径が1mm以下であり、表面の算術平均粗さがRa0.05μm以下であるアルミニウム原型から形成され、例えば可視光の波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有するものである。
なお、本明細書において微細凹凸構造の「周期」とは、微細凹凸構造の凹部(細孔)の中心からこれに隣接する細孔の中心までの距離である。
本発明のアルミニウム原型は、アルミニウムの純度が99.5%以上であることが好ましく、99.8%以上がより好ましく、99.9%以上がさらに好ましく、99.95%以上が特に好ましい。純度が99.5%未満では、得られるスタンパに不純物の偏析により可視光を散乱する大きさの凹凸構造が形成されたり、細孔の形状が垂直に形成されなかったりする傾向がある。このようなアルミニウム原型から形成されたスタンパは、例えば反射防止物品などの光学用途成形体の製造には好適ではない。高純度とすることで微細凹凸形状もより規則的になることや不純物の偏析・脱落による表面荒れの危険性が低下することにより金型離型性向上が期待できる。
本発明のスタンパの材料であるアルミニウム原型は、表面が算術平均粗さRa0.05μm以下であり平均結晶粒径が1mm以下のものである。
ここで平均結晶粒径とは、アルミニウム原型の表面における任意に選ばれた100個以上の結晶粒について算出された円換算直径の平均値である。表面の結晶粒の観察は光学顕微鏡などで行うことができ、円換算直径の平均値は、例えば日本ローパー社製 商品名「Image−Pro PLUS」などの画像解析ソフトウエアを用いることで求められる。なお、光学顕微鏡などでアルミニウム原型の表面を観察するに先立っては、アルミニウム原型の表面を研磨し、さらにエッチング処理しておくことが好ましい。
なお、微細均一組織を得るにはより大きな加工度を素材に与えられる加工方法が好ましい。圧延処理の場合、加工方向が一方向に限られるためインゴットサイズと原型サイズにより可能な加工度には限界がある。一方、鍛造処理の場合、加工方向を自由に変えることが可能なため、圧延処理よりも大きな加工度を素材に与えることが可能である。その結果、圧延処理よりも鍛造処理の方が微細均一な組織を得ることができる。また、圧延処理の場合、加工方向が一方向に限られるため圧延方向に筋状に伸びた不均一な組織が形成されてしまう。このような不均一な組織を持つアルミニウム原型を使用してスタンパを製作すると不均一な組織がマクロな模様として現れ、このようなスタンパから形成された転写面にも不均一なマクロな模様が生じてしまう。したがって、このようなスタンパも例えば反射防止物品などの光学用途成形体の製造には適さない。そのため、不均一な組織を除去するための処理を施す必要がある。このような処理が不要であることから、鍛造処理が好ましい。本発明において表面が算術平均粗さRa0.05μm以下であるアルミニウム原型としては、圧延処理がされていない非圧延処理アルミニウム原型、または、圧延処理された後、圧延処理に起因した不均一な組織が除去されたアルミニウム原型が挙げられる。
尚、算術平均粗さ(Ra)は下記の式によって導き出される。
[熱間鍛造]
純度の高いアルミニウムインゴット(鋳塊)は粗大不均一な組織になり易く、このインゴットの粗大不均一な組織を破壊し再結晶により微細均一組織を得るために熱間鍛造を行う。鍛造に供する前に、切断された鋳造素材を加熱炉に装入し、鍛造前に400〜500℃に加熱する。このときの加熱温度は、組織を微細均一にする上で重要である。400〜500℃に加熱された素材を自由鍛造によって鍛造品を製造する。このときの加熱温度が500℃を超えると、熱間鍛造時の再結晶粒が粗大化し易くなり、逆に400℃に達しない加熱温度ではインゴットの粗大な組織の痕跡が不均一に残り易くなるとともに、鍛造時の変形抵抗が大きくなり鍛造品又は金型に割れが発生し易くなる。加熱保持は、温度の均一化を図るために1時間程度行われる。鍛錬成型比は大きくとった方がインゴットの粗大不均一組織が残り難く、(1/2U-2S)または(2S-1/2U)を1サイクルとした場合、2サイクル以上が好ましく、3サイクル以上が更に好ましく、4サイクル以上が特に好ましい。但し、この鍛造サイクル数が多い場合、鍛造品の温度低下が大きくなるため再結晶温度を下回り易くなる。熱間鍛造中に350℃を下回った場合、400℃以上に再加熱することが必要である。
[冷間鍛造]
冷間鍛造は、熱間鍛造で得られた微細均一組織を更に微細化するために行う。素材は室温もしくはそれ以下の温度まで冷却しておく。素材を型鍛造によって上下方向に潰し、鍛造品を製造する。或いは、自由鍛造によって鍛造品を製造することもできる。冷間鍛造による歪の蓄積は、後の熱処理後に微細組織を得ることを目的としており、鍛錬成型比を割れ等の不具合が発生しない範囲で大きくとった方がより微細組織を得やすい。(1/2U-2S)または(2S-1/2U)を1サイクルとした場合、1サイクル以上3サイクル以下が好ましく、2サイクル以上3サイクル以下が更に好ましい。3サイクルを超える鍛錬成型比は、割れが顕著になりやすい。3サイクル以下の鍛錬成型比の場合でも、鍛造により素材が発熱し温度が200℃を超えると、その時点で歪が徐々に解放され熱処理後に微細組織を得られ難くなる。そのため200℃を超えそうになった場合は一時鍛造を中断し空冷や水冷などを行い、歪の解放を制限する必要がある。
このようにして鍛造が行われるが、好ましくは熱間鍛造を行い、さらには熱間鍛造と冷間鍛造を組み合わせて行うことが好ましい。
[熱処理]
熱処理は、鍛造品に蓄積された歪みによる再結晶を起こさせ均一微細な結晶粒を得るために行う。鍛造品は、加工中に導入された歪みが蓄積しており、これを駆動力とし一斉に多数の微細な再結晶粒を発生させ、均一で微細な結晶粒を得ることができる。熱処理温度としては300℃から500℃が好ましい。更に、300℃から400℃が好ましい。300℃よりも低い温度の場合、鍛造組織が一部残ったままとなる可能性がある。逆に500℃よりも高い温度の場合、再結晶粒の成長が顕著となり結晶粒が大きくなってしまう。またその処理時間については30分以上が好ましく、1時間以上がさらに好ましい。処理時間が30分未満では再結晶が完了せず鍛造組織が残るという問題がある。
上述のアルミニウム原型から、表面に微細凹凸構造を有する陽極酸化アルミナが形成されたスタンパを製造する方法としては、表面が鏡面化されたアルミニウム原型を電解液中、定電圧下で陽極酸化して酸化皮膜を形成する第1の酸化皮膜形成工程(a)と、形成された酸化皮膜を除去し、陽極酸化の細孔発生点を形成する酸化皮膜除去工程(b)と、細孔発生点が形成されたアルミニウム中間体(ここでアルミニウム中間体とはアルミニウム原型に細孔形成のための処理を加えたものであり、スタンパとなる前のものを指す)を電解液中、再度陽極酸化し、細孔発生点に細孔を備えた酸化皮膜を形成する第2の酸化皮膜形成工程(c)と、形成された細孔の径を拡大させる孔径拡大処理工程(d)とを順次実施する方法が挙げられる。孔径拡大処理工程(d)の後には、第2の酸化皮膜形成工程(c)と孔径拡大処理工程(d)とを繰り返し行う繰り返し工程(e)をさらに行うことが好ましい。
このような方法によれば、表面が鏡面化されたアルミニウム原型表面に、開口部から深さ方向に徐々に径が縮小するテーパー形状の細孔が周期的に形成され、その結果、表面に微細凹凸構造を有する陽極酸化アルミナが形成されたスタンパを得ることができる。
第1の酸化皮膜形成工程(a)(以下、(a)工程という場合もある)では、表面が鏡面化されたアルミニウム原型を電解液中、定電圧下で陽極酸化し、図1Aに示すように、アルミニウム原型10の表面に、細孔11を備えた酸化皮膜12を形成する。使用される電解液としては、酸性電解液、アルカリ性電解液が挙げられるが、酸性電解液が好ましい。また、酸性電解液としては、硫酸、シュウ酸、これらの混合物等が使用できる。
また、陽極酸化時の電圧を30〜60Vとすることにより、周期が100nm程度の規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナが表面に形成されたスタンパを得ることができる。陽極酸化時の電圧がこの範囲より高くても低くても規則性が低下する傾向にあり、周期が可視光の波長より大きくなることがある。
電解液の温度は、60℃以下が好ましく、45℃以下がより好ましい。電解液の温度が60℃を超えると、いわゆる「ヤケ」といわれる現象が起こる傾向にあり、細孔が壊れたり、表面が溶けて細孔の規則性が乱れたりすることがある。
また、化成電圧を25〜30Vとすることにより、周期が63nm程度の規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナが表面に形成されたスタンパを得ることができる。化成電圧がこの範囲より高くても低くても規則性が低下する傾向があり、周期が可視光の波長より大きくなることがある。
電解液の温度は、30℃以下が好ましく、20℃以下がより好ましい。電解液の温度が30℃を超えると、いわゆる「ヤケ」といわれる現象が起こる傾向にあり、細孔が壊れたり、表面が溶けて細孔の規則性が乱れたりすることがある。
上述の(a)工程の後、(a)工程により形成された酸化皮膜12を除去することにより、図1Bに示すように、除去された酸化皮膜12の底部(バリア層と呼ばれる)に対応する周期的な窪み、すなわち、細孔発生点13を形成する(酸化皮膜除去工程(b)(以下、(b)工程という場合もある))。このように、形成された酸化皮膜12を一旦除去し、陽極酸化の細孔発生点13を形成することで、最終的に形成される細孔の規則性を向上させることができる(例えば、益田,応用物理,vol.69,No.5,p558(2000)参照)。
ついで、細孔発生点13が形成されたアルミニウム中間体10を電解液中、定電圧下で再度陽極酸化し、再び酸化皮膜を形成する(第2の酸化皮膜形成工程(c)(以下、(c)工程という場合もある))。(c)工程では、(a)工程と同様の条件(電解液濃度、電解液温度、化成電圧等)下で陽極酸化すればよい。
これにより、図1Cに示すように、円柱状の細孔14が形成された酸化皮膜15を設けることができる。(c)工程においても、陽極酸化を長時間施すほど、深い細孔を得ることができるが、例えば反射防止物品などの光学用途成形体を製造するためのスタンパを製造する場合には、ここでは0.01〜0.5μm程度の酸化皮膜を形成すればよく、(a)工程で形成するほどの厚さの酸化皮膜を形成する必要はない。
このような(c)工程の後には、(c)工程で形成された細孔14の径を拡大させる孔径拡大処理工程(d)を行って、図1Dに示すように、細孔14の径を図1Cの場合よりも拡径する。
孔径拡大処理の具体的方法としては、アルミナを溶解する溶液に浸漬して、(c)工程で形成された細孔径をエッチングにより拡大させる方法が挙げられ、このような溶液としては、例えば、5質量%程度のリン酸水溶液等が挙げられる。孔径拡大処理工程(c)の時間を長くするほど、細孔径は大きくなる。
ついで、再度(c)工程を行って、図1Eに示すように、細孔14の形状を径の異なる2段の円柱状とし、その後、再度(d)工程を行う。このように(c)工程と(d)工程を繰り返す繰り返し工程(e)工程(以下、(e)工程という場合もある。)により、図1Fに示すように、細孔14の形状を開口部から深さ方向に徐々に径が縮小するテーパー形状にでき、その結果、周期的に微細凹凸構造が形成された陽極酸化アルミナを表面に備えたスタンパ20を得ることができる。
ここで、結晶粒界による凹凸の高さは以下の方法で求められる。
まず、鋳型の表面をZygo社製の走査型白色干渉計3次元プロファイラーシステム 商品名「New View6300」を用いて観察を行い、視野をつなぎ合わせて10mm角の観察結果を得る。上記10mm角から任意の10点の結晶粒界の段差の高さを測定し、それらの平均値を「結晶粒界による凹凸の高さ」とした。また、本発明において、結晶粒界による凹凸の「高さ」と「深さ」は同じ意味をなすものとする。
こうして製造された本発明のスタンパは、多数の周期的な細孔が形成された結果、表面に微細凹凸構造を有するものとなる。そして、特にこの微細凹凸構造の周期が可視光の波長以下の周期、すなわち、400nm以下であると、このような表面はいわゆるMoth−Eye構造となり有効な反射防止機能を発現する。周期が400nmより大きいと可視光の散乱が起こるため、充分な反射防止機能は発現せず、反射防止膜などの反射防止物品の製造には適さない。
また、本発明のスタンパは、平均結晶粒径が1mm以下である表面が算術平均粗さRa0.05μm以下であるアルミニウム原型から形成されたものであるため、転写面にマクロな凹凸や色ムラを生じさせることがなく、特に光学用途成形体の製造に有用である。
以上説明した表面に陽極酸化アルミナが形成されたスタンパを用いることによって、このスタンパの微細凹凸構造が転写された転写面を有する成形体を製造できる。
例えば、このスタンパと透明基材との間に活性エネルギー線硬化性組成物(以下、硬化性組成物という場合もある)を配し、この硬化性組成物がスタンパに接触した状態で、この硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して、これを硬化する。その後、スタンパを剥離する。その結果、透明基材の表面に、硬化性組成物の硬化物からなる微細凹凸構造が形成された成形体が得られる。
あるいは、透明基材上に固体状の未硬化の活性エネルギー線硬化性組成物をコーティングしておき、この硬化性組成物に対してロール型のスタンパを圧接して微細凹凸構造を転写し、スタンパを剥離した後、未硬化の硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して硬化する方法によっても、同様に本発明の成形体が得られる。
透明基材の形状には特に制限はなく、製造する成形体に応じて適宜選択できるが、例えば成形体が反射防止膜などである場合には、シート状またはフィルム状が好ましい。また、硬化性組成物との密着性や、帯電防止性、耐擦傷性、耐候性などの改良のために、透明基材の表面には例えば各種コーティングやコロナ放電処理が施されていてもよい。
ラジカル重合性結合を有するモノマーとしては、特に限定されることなく使用することができるが、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、s−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、アルキル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリレート誘導体、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリロニトリル、スチレン、α−メチルスチレンなどのスチレン誘導体、(メタ)アクリルアミド、N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド誘導体等の単官能モノマー、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、イソシアヌール酸エチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル)プロパン、1,2−ビス(3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)エタン、1,4−ビス(3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ブタン、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物ジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物ジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、メチレンビスアクリルアミド等の二官能性モノマー、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキシド変性トリアクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキシド変性トリアクリレート、イソシアヌール酸エチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、等の三官能モノマー、コハク酸/トリメチロールエタン/アクリル酸の縮合反応混合物、ジペンタエリストールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリストールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート等の多官能のモノマー、二官能以上のウレタンアクリレート、二官能以上のポリエステルアクリレートなどが挙げられる。これらは、単独で用いても、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
オリゴマーおよび反応性ポリマーの例としては、不飽和ジカルボン酸と多価アルコールの縮合物などの不飽和ポリエステル類、ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、ポリオール(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、カチオン重合型エポキシ化合物、側鎖にラジカル重合性結合を有する上述のモノマーの単独または共重合ポリマー等が挙げられる。
非反応性のポリマーとしては、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。
アルコキシシラン化合物としては、RxSi(OR’)yで表せるものが使用でき、RおよびR’は炭素数1〜10のアルキル基を表し、xおよびyはx+y=4の関係を満たす整数である。
具体的には、テトラメトキシシラン、テトラ−iso−プロポキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルプロポキシシラン、トリメチルブトキシシランなどが挙げられる。
アルキルシリケート化合物としては、R1O[Si(OR3)(OR4)O]zR2で表せるものが使用でき、R1〜R4はそれぞれ炭素数1〜5のアルキル基を示し、zは3〜20の整数を示す。
具体的にはメチルシリケート、エチルシリケート、イソプロピルシリケート、n−プロピルシリケート、n−ブチルシリケート、n−ペンチルシリケート、アセチルシリケートなどが挙げられる。
光反応を利用する場合、光開始剤としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジル、ベンゾフェノン、p−メトキシベンゾフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、α,α−ジメトキシ−α−フェニルアセトフェノン、メチルフェニルグリオキシレート、エチルフェニルグリオキシレート、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等のカルボニル化合物;テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド等の硫黄化合物;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ベンゾイルジエトキシフォスフィンオキサイド;などが挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の成形体が反射防止膜などの反射防止物品として使用される場合には、微細凹凸構造の周期が可視光の波長以下の周期であるとともに、細孔の深さは50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることが好ましい。また、スタンパの細孔のアスペクト比(=深さ/周期)は1.0以上が好ましく、1.8以上がより好ましい。1.0以上であると、反射率が低い転写面を形成でき、1.8以上であればその入射角依存性や波長依存性も充分に小さくなる。
反射率は、2%以下が好ましく1%以下がより好ましい。また、波長依存性は最大反射率と最小反射率の差が1.5%以下が好ましく1.0%以下がより好ましく、0.5%以下がさらに好ましい。
反射防止膜のヘイズは、3%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、0.8%以下が特に好ましい。ヘイズが3%を超えると、例えば画像表示装置に用いた場合、画像の鮮明度が低下する。
成形体が反射防止膜である場合には、例えば、液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、陰極管表示装置のような画像表示装置、レンズ、ショーウィンドー、太陽電池、眼鏡レンズ、1/2波長板、ローパスフィルター、メーターカバー、カーナビの保護板等の自動車内装材等の対象物の表面に貼り付けて使用される。
成形体が立体形状の反射防止体である場合には、あらかじめ用途に応じた形状の透明基材を用いて反射防止体を製造しておき、これを上記対象物の表面を構成する部材として使用することもできる。
また、対象物が画像表示装置である場合には、その表面に限らず、その前面板に対して反射防止膜を貼り付けてもよいし、前面板そのものを本発明の成形体から構成することもできる。
また、各種測定は以下の方法にて行った。
(1)アルミニウム原型の平均結晶粒径
アルミニウム原型の表面を研磨してエッチング処理した後、光学顕微鏡で観察し、画像解析ソフト 日本ローパー社製 商品名「Image−Pro PLUS」により100個以上の結晶粒の面積を計測してそれぞれについて円換算直径を算出し、100個以上の各円換算直径の平均を平均結晶粒径とした。
(2)スタンパの細孔
表面に陽極酸化アルミナが形成されたスタンパの縦断面または表面を1分間Pt蒸着し、日本電子製 商品名 「電界放出形走査電子顕微鏡JSM−7400F」により加速電圧3.00kVで観察した。そして、酸化皮膜の厚さ、細孔の周期、細孔の深さ、細孔底部径(表面から98%深さのところの径)を測定した。この際、測定箇所10箇所の平均値を求め、各値とした。
(3)結晶粒界による凹凸の高さおよび算術平均粗さRa
鋳型の表面を走査型白色干渉計3次元プロファイラーシステム(Zygo社製 商品名「New View6300」)を用いて、2.5倍の対物レンズ、0.5倍のズームレンズで観察を行い、視野をつなぎ合わせて10mm角の観察結果を得た。上記10mm角から任意の10点の結晶粒界段差の高さを測定し、それらの平均値を結晶粒界高さとした。
さらに、上記10mm角から基準長さ0.5mmとして算術平均粗さRaを3点測定しその平均値を求めた。
(4)成形体の微細凹凸
製造された成形体の縦断面または表面を5分間Pt蒸着し、上記(2)の場合と同様の装置および条件にて、凸部の周期、凸部の高さを測定した。この際、測定箇所10箇所の平均値を求め、各値とした。
(5)反射率測定
製造された成形体の裏面(微細凹凸構造が形成されていない面)を紙やすりで粗面化した後艶消し黒色スプレーで塗り、これをサンプルとし、日立社製 商品名 「分光光度計U−4000」を用いて入射角5°、波長380〜780nmの範囲で成形体の表面(微細凹凸構造が形成された面)の相対反射率を測定した。
(6)外観評価
成形体を蛍光灯の下で持ち、視野角10度〜90度に変化させながら成形体表面をマクロな凹凸の有無、色ムラの二つの観点で観察した。
(マクロな凹凸)
○:目視で確認できない
×:目視で段差が確認できる。
(色ムラ)
◎:目視で確認できない
○:目視でほとんど確認できない
△:注視すれば若干確認できる
×:目視で色ムラが確認できる
(7)ヘイズ測定
成形体をJIS K 7361対応のヘイズメーターを用いてヘイズを測定した。
アルミニウム原型を430度に加温した状態で1,000tプレス装置により1/2U、2S、1/2U、2Sの熱間鍛造処理を行う。
<製造例2>熱間鍛造(2)
アルミニウム原型を430度に加温した状態で1,000tプレス装置により2S、1/2U、2S、1/2Uの熱間鍛造処理を行い、430℃へ再加熱した状態で2S、1/2U、2S、1/2Uの熱間鍛造処理を再度行う。
<製造例3>熱間鍛造(3)
アルミニウム原型を430度に加温した状態で1,000tプレス装置により1.5S、0.65U、1.5S、0.65U、1.5S、0.65Uの熱間鍛造処理を行い、430℃へ再加熱した状態で1.5S、0.65U、1.5S、0.65Uの熱間鍛造処理を再度行う。
<製造例4>冷間鍛造
アルミニウム原型を1,000tプレス装置により1/2U、2S、1/2U、2Sの冷間鍛造処理を行う。冷間鍛造処理中にアルミニウム原型が200℃を超えた場合は鍛造を中断し、冷却の後再び鍛造処理を行った。
<製造例5>熱間鍛造+冷間鍛造
アルミニウム原型を430度に加温した状態で1,000tプレス装置により2S、1/2U、2S、1/2Uの熱間鍛造処理を行い、430℃へ再加熱した状態で2S、1/2U、2S、1/2Uの熱間鍛造処理を再度行い、室温まで徐冷し、更に2S、1/2U、2S、1/2Uの冷間鍛造処理を行う。冷間鍛造処理中にアルミニウム原型が200℃を超えた場合は鍛造を中断し、冷却の後再び鍛造処理を行った。
<参考例1>
純度99.99%のアルミニウムインゴットを製造例2に従って鍛造処理を施して325℃で2時間熱処理を行った。得られたアルミニウム原型を直径75mm、厚さ2mmに切断した表面が算術平均粗さRa0.02μmである平均結晶粒径170μmの円板状アルミニウム原型に羽布研磨処理を施した後、これを過塩素酸、エタノール混合溶液中(体積比 1:4)で電解研磨した。
ついで、上記アルミニウム原型を、0.3Mシュウ酸水溶液中で、浴温16℃において直流40Vの条件下で30分間陽極酸化を行い、厚さ3μmの酸化皮膜を形成した(工程(a))。形成された酸化皮膜を、6質量%のリン酸と1.8質量%のクロム酸混合水溶液中で一旦溶解除去した(工程(b))後、再び工程(a)と同一条件下において、30秒間陽極酸化を行い、酸化皮膜を形成した(工程(c))。その後、5質量%リン酸水溶液(30℃)中に8分間浸漬して、酸化皮膜の細孔を拡径する孔径拡大処理(工程(d))を施した。
さらに工程(c)と工程(d)を繰り返し、これらを合計で5回追加実施することで(工程(e))、図2に示すように、周期p:100nm、深さDep:190nm、細孔底部径:40nmの略円錐形状のテーパー状細孔が形成され、微細凹凸構造を備えたスタンパを得た。
このスタンパ表面の微細凹凸構造を目視確認したところ、結晶粒界のマクロな凹凸は確認できなかった。
そして、このように離形処理したスタンパ表面上に、下記の組成の活性エネルギー線硬化組成物を配置し、さらにその上に透明基材として東洋紡社製PETフィルム 商品名「A4300」を積層し、硬化性組成物がスタンパに接触した状態で、このPETフィルムを介して3200mJ/cm2のエネルギーで紫外線を照射し、硬化組成物を硬化させた。
その後、透明基材と硬化物からなる成形体をスタンパから剥離した。
得られた成形体の硬化物の表面には、周期100nm、高さ170nmの凸部が形成され、スタンパ表面の微細凹凸構造が良好に転写された微細凹凸構造が形成されていた。また、この成形体の表面の微細凹凸構造を目視確認したところ、スタンパの結晶粒界に起因するようなマクロな凹凸は確認できなかった。
そして、この成形体について反射率を測定したところ、波長380nm〜780nmの範囲で0.17〜0.84%であり、反射防止物品として良好な性能を備えていた。得られた転写フィルムの外観評価結果等を表1に示す。
トリメチロールエタンアクリル酸・無水コハク酸縮合エステル:45質量部
ヘキサンジオールジアクリレート:45質量部
信越化学社製 商品名「x−22−1602」:10質量部
チバ・スペシャリティケミカルズ社製 商品名「イルガキュア184」:2.7質量部
チバ・スペシャリティケミカルズ社製 商品名「イルガキュア819」:0.18質量部
純度99.90%のアルミニウムインゴットを製造例5に従って鍛造処理を施して325℃で2時間熱処理を行った。得られたアルミニウム原型を外径200mm、内径155mm、長さ350mmに切断した表面が算術平均粗さRa0.03μmである平均結晶粒径40μmの円筒状アルミニウム原型に、参考例1と同様にして鏡面化、工程(a)、工程(b)の順で処理を行った後、再び工程(a)と同一条件下において、35秒間陽極酸化を行い、酸化皮膜を形成した(工程(c))。その後、5質量%リン酸水溶液(30℃)中に8分間浸漬して、酸化皮膜の細孔を拡径する孔径拡大処理(工程(d))を施した。
さらに工程(c)と工程(d)を繰り返し、これらを合計で5回追加実施することで(工程(e))、図2に示すように、周期p:100nm、深さDep:230nmの略円錐形状のテーパー状細孔が形成され、微細凹凸構造を備えたロール形状のスタンパを得た。
このスタンパ表面の微細凹凸構造を目視確認したところ、結晶粒界のマクロな凹凸は確認できなかった。
まず、図5に示すように、ロール鋳型31を冷却水用の流路を内部に設けた機械構造用炭素鋼製の軸芯にはめ込んだ。ついで、参考例1と同様の硬化性組成物33を、タンク35から室温で供給ノズルを介して、ニップロール36とロール鋳型31の間にニップされている透明基材(東洋紡社製PETフィルム 商品名「A4300」)32上に供給した。この際、空気圧シリンダー37によりニップ圧が調整されたニップロール36によりニップされ、ロール鋳型31の凹部内にも硬化性組成物33が充填される。
毎分7.0mの速度でロール鋳型31を回転させながら、硬化性組成物33がロール鋳型31と透明基材32の間に挟まれた状態で240W/cmの紫外線照射装置38から紫外線を照射し、硬化性組成物33を硬化・賦型した後、剥離ロール39によりロール鋳型31から剥離して微細凹凸構造を有する成形体(透明シート)34を得た。
得られた成形体の硬化物の表面には、周期100nm、高さ210nmの凸部が形成され、スタンパ表面の微細凹凸構造が良好に転写された微細凹凸構造が形成されていた。また、この成形体の表面の微細凹凸構造を目視確認したところ、スタンパの結晶粒界に起因するようなマクロな凹凸は確認できなかった。
そして、この成形体について反射率を測定したところ、波長380nm〜780nmの範囲で0.16〜0.29%であり、反射防止物品として良好な性能を備えていた。得られた転写フィルムの外観評価結果等を表1に示す。
純度99.99%のアルミニウムインゴットを製造例5に従って鍛造処理を施して325℃で2時間熱処理を行った。得られたアルミニウム原型を参考例1と同様にしてロール形状のスタンパを得た。さらに成形体を製造した結果を表1に示す。
<参考例4>
純度99.95%のアルミニウムインゴットを製造例5に従って鍛造処理を施して340℃で2時間熱処理を行った。得られたアルミニウム原型をA4サイズ、厚さ10mmに切断した表面が算術平均粗さRa0.02μmである平均結晶粒径40μmの円板状アルミニウム原型とした以外は実施例2と同様にしてスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。得られた結果を表1に示す。
<参考例5>
純度99.97%のアルミニウムインゴットを製造例5に従って鍛造処理を施し、380℃で2時間熱処理を行い、工程(c)を27秒陽極酸化とした以外は参考例1と同様にしてスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。得られた結果を表1に示す。
<参考例6>
純度99.986%のアルミニウムインゴットを使用した以外は実施例2と同様にしてスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。得られた結果を表1に示す。
<参考例7>
純度99.97%のアルミニウムインゴットを製造例5に従って鍛造処理を施して鍛造処理を施して340℃で2時間熱処理を行った。得られたアルミニウム原型をA4サイズ、厚さ10mmに切断した表面が算術平均粗さRa0.02μmである平均結晶粒径40μmの円板状アルミニウム原型として工程(a)の時間を90分とした以外は実施例2と同様にしてスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。得られた結果を表1に示す。
<参考例8>
純度99.97%のアルミニウムインゴットを製造例3に従って鍛造処理を施し、380℃で2時間熱処理を行い、工程(c)を32秒陽極酸化とした以外は実施例2と同様にしてスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。得られた結果を表1に示す。
<参考例9>
工程(c)を27秒陽極酸化とした以外は参考例4と同様にしてスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。得られた結果を表1に示す。
<参考例10>
工程(a)の時間を270分とした以外は参考例7と同様にしてスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。得られた結果を表1に示す。
<比較例1>
アルミニウムのインゴットを切断して得た平均結晶粒径6mmのアルミニウムを原型として用いた以外は、参考例1と同様の方法でスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。この成形体について反射率を測定したところ、波長380nm〜780nmの範囲で0.30〜0.65%であり、反射防止物品として良好な性能を備えていたが、目視により成形体には結晶粒サイズに相等した色ムラが確認された。得られた結果を表1に示す。
<比較例2>
純度99.99%のアルミニウムインゴットを製造例5に従って鍛造処理を施して直径75mm、厚さ2mmに切断した表面が算術平均粗さRa0.02μmである平均結晶粒径1.5mmの円板状アルミニウム原型とした以外は参考例1と同様の方法でスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。この成形体について反射率を測定したところ、波長380nm〜780nmの範囲で0.35〜0.70%であり、反射防止物品として良好な性能を備えていたが、目視により成形体には結晶粒サイズに相等した色ムラが確認された。得られた結果を表1に示す。
<比較例3>
純度99.3%のアルミニウムインゴットを製造例1に従って鍛造処理を施して直径75mm、厚さ2mmに切断した表面が算術平均粗さRa0.05μm以下である平均結晶粒100μmの円板状アルミニウム原型とした以外は参考例1と同様の方法でスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。この成形体について反射率を測定したところ、波長380nm〜780nmの範囲で0.35〜0.75%であったが、ヘイズが2.50%あり反射防止物品としての性能を満たしていない。得られた結果を表1に示す。
<比較例4>
純度99.90%のアルミニウムの圧延板を使用してこれを参考例1と同様の方法で電解研磨した。なおこのアルミニウム表面の算術平均粗さRaは0.15μmであった。その後は参考例1と同様の方法でスタンパを製造し、さらに成形体を製造した。この成形体について反射率を測定したところ、波長380nm〜780nmの範囲で0.35〜0.70%であったが、成形体の外観に圧延処理に起因する不均一な組織に対応する跡が見られ反射防止物品としての性能を満たしていない。得られた結果を表1に示す。
11,14 細孔
12,15 酸化皮膜
13 細孔発生点
20 (表面に陽極酸化アルミナが形成された)スタンパ
30 成形体の製造装置
31 ロール鋳型
32 透明基材
33 硬化性組成物
34 成形体(透明シート)
35 タンク
36 ニップロール
37 空気圧シリンダー
38 紫外線照射装置
39 剥離ロール
Claims (19)
- アルミニウムの純度が99.5%以上であるロール状のアルミニウム原型を研磨して、算術平均粗さRa0.05μm以下とした表面に、微細凹凸構造を有するアルミナが陽極酸化により形成されていることを特徴とするスタンパ。
- 前記研磨が電解研磨であることを特徴とする請求項1に記載のスタンパ。
- 円換算直径が1mm超であり、凹凸の高さの差が600nm超であるマクロな凹凸を含まないことを特徴とする請求項1または2に記載のスタンパ。
- 前記スタンパの微細凹凸構造が、アスペクト比1.8以上の細孔からなることを特徴とする請求項1ないし3何れか一項に記載のスタンパ。
- 前記アルミニウム原型は、アルミニウム原型100質量%中の、ケイ素の含有量が0.04質量%以下であり、鉄の含有量が0.06質量%以下であり、銅の含有量が0.01質量%以下であることを特徴とする請求項1ないし4何れか一項に記載のスタンパ。
- 前記アルミニウム原型は、鍛造処理されたものであることを特徴とする請求項1ないし5何れか一項に記載のスタンパ。
- 前記アルミニウム原型の平均結晶粒径が200μm以下であることを特徴とする請求項1ないし6何れか一項に記載のスタンパ。
- 前記鍛造処理が熱間鍛造であることを特徴とする請求項6に記載のスタンパ。
- 前記鍛造処理が熱間鍛造と冷間鍛造を組み合わせることを特徴とする請求項6または8に記載のスタンパ。
- 表面に微細凹凸構造を有するアルミナが形成されたロール状のスタンパの製造方法であって、
ロール状のアルミニウム原型の表面を研磨し、表面の算術平均粗さRaを0.05μm以下とする研磨工程と、アルミニウム原型を電解液中で陽極酸化して酸化皮膜を形成する第1の酸化皮膜形成工程(a)と、形成された前記酸化皮膜を除去し、陽極酸化の細孔発生点を形成する酸化皮膜除去工程(b)と、前記細孔発生点が形成されたアルミニウム中間体を電解液中で再度陽極酸化し、前記細孔発生点に細孔を備えた酸化皮膜を形成する第2の酸化皮膜形成工程(c)と、形成された前記細孔の径を拡大させる孔径拡大処理工程(d)とを具備することを特徴とするスタンパの製造方法。 - 前記研磨工程は前記アルミニウム原型の表面を電解研磨する工程であることを特徴とする請求項10に記載のスタンパの製造方法。
- 前記アルミニウム原型は、鍛造処理されたものであることを特徴とする請求項10または11に記載のスタンパの製造方法。
- 請求項1ないし9何れか一項に記載のスタンパと透明基材との間に活性エネルギー線硬化性組成物を配し、前記活性エネルギー線硬化性組成物が前記スタンパに接触した状態で、該活性エネルギー線硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して、該活性エネルギー線硬化性組成物を硬化した後、前記スタンパから硬化物を剥離し、前記透明基材の表面に前記活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物からなる微細凹凸構造が形成された成形体を製造することを特徴とする成形体の製造方法。
- 請求項1ないし9何れか一項に記載のスタンパと透明基材との間に活性エネルギー線硬化性組成物を配し、前記活性エネルギー線硬化性組成物に前記スタンパ表面の微細凹凸構造を転写し、前記スタンパを剥離した後、該活性エネルギー線硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して、該活性エネルギー線硬化性組成物を硬化し、前記透明基材の表面に前記活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物からなる微細凹凸構造が形成された成形体を製造することを特徴とする成形体の製造方法。
- 前記成形体の微細凹凸構造が、アスペクト比1.8以上の突起からなることを特徴とする請求項13または14に記載の成形体の製造方法。
- 前記成形体が反射防止物品であることを特徴とする請求項13ないし15何れか一項に記載の成形体の製造方法。
- 請求項1ないし9何れか一項に記載のスタンパ用のアルミニウム原型。
- 周期が400nm以下であり、高さが50nm以上の微細凹凸構造を表面に有することを特徴とする着雪防止部材。
- 周期が400nm以下であり、高さが50nm以上の微細凹凸構造を表面に有することを特徴とする着氷防止部材。
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