JP4679992B2 - エンボス加工装置およびエンボス加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、凹凸形状を基材に形成するエンボス加工装置およびエンボス加工方法に係り、とりわけ微細な凹凸形状を高精度かつ効率的に形成することができるエンボス加工装置およびエンボス加工方法に関する。

従来、微細な凹凸形状を基材に形成するために、エンボス加工が用いられてきた（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、クレジットカードや金券等に用いられる偽造防止用ホログラムを、エンボス加工によって形成する方法が開示されている。特許文献１に開示された方法においては、基材上に樹脂を塗布し、その表面に干渉縞を形成する微細な凹凸形状を転写し、その後、樹脂を硬化させている。
特開２００１−３１７３０号公報

樹脂に凹凸形状を転写する場合、樹脂の転写性を向上させるため、樹脂を加熱軟化させることが一般的に行われている。ところが、樹脂によっては、高温雰囲気中で反応硬化してしまうものもある。このような樹脂に対して加工を施す場合には、加熱条件が制限され、樹脂を十分軟化させた状態で加工を施すことができない。この不都合を回避するためには、生産性を落として低速で加工を行わなければならない。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、微細な凹凸形状を高精度かつ効率的に形成することができるエンボス加工装置およびエンボス加工方法を提供することを目的とする。

本発明によるエンボス加工装置は、外周に凹凸形状を有する絵柄ロールと、絵柄ロールに対向して配置された支持ロールと、微粒子状の樹脂を絵柄ロールに供給する樹脂供給装置と、を備え、絵柄ロールと支持ロールとの間に供給される基材に樹脂を転移させて凹凸形状を形成することを特徴とする。このような本発明によれば、微粒子状の樹脂が樹脂供給装置から供給され、絵柄ロールの凹凸内に入り込む。そして、絵柄ロールと支持ロールとの間で凹凸内に入り込んだ樹脂が基材に向けて押圧され、基材上に転移させられる。これにより、微細な凹凸形状を高精度かつ効率的に形成することができる。

また、本発明によるエンボス加工装置が、絵柄ロールを加熱する加熱装置をさらに備えるようにしてもよい。このような本発明によれば、加熱によって樹脂の流動性が高められ、凹凸形状をより高精度かつ効率的に形成することができる。

さらに、本発明によるエンボス加工装置において、樹脂供給装置は絵柄ロールの上方に設けられ、上方から微粒子状の樹脂を供給するようになっていることが好ましい。このような本発明によれば、樹脂が絵柄ロール上で広がるので、樹脂を確実に凹凸内に入り込ませることができ、これにより、凹凸形状をより高精度かつ効率的に形成することができる。

さらに、本発明によるエンボス加工装置が、基材上に転移させられた樹脂を硬化させて、樹脂を基材上に固定する硬化装置をさらに備えるようにしてもよい。このような本発明によれば、押圧時に加えられ基材に残留した応力が加工後に徐々に開放されることが抑制され、形成された凹凸形状が平坦化してしまうことを、防止することができる。

本発明によるエンボス加工方法は、外周に凹凸形状を有する絵柄ロールに、微粒子状の樹脂を供給する工程と、絵柄ロールと絵柄ロールに対向して配置された支持ロールとの間に、基材を供給する工程と、絵柄ロールと支持ロールとの間で基材を樹脂とともに押圧して、基材に樹脂を転移させて凹凸形状を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。このような本発明によれば、微粒子状の樹脂が絵柄ロール上に供給され、絵柄ロールの凹凸内に入り込む。そして、絵柄ロールと支持ロールとの間で凹凸内に入り込んだ樹脂が基材に向けて押圧され、基材上に転移させられる。これにより、微細な凹凸形状を高精度かつ効率的に形成することができる。

また、本発明によるエンボス加工方法において、絵柄ロールが加熱されているようにしてもよい。このような本発明によれば、加熱によって樹脂の流動性が高められ、凹凸形状をより高精度かつ効率的に形成することができる。

さらに本発明によるエンボス加工方法においては、微粒子を供給する工程において、微粒子状の樹脂が上方から絵柄ロールに供給されるようにしもてよい。このような本発明によれば、樹脂が絵柄ロール上で広がるので、樹脂を確実に凹凸内に入り込ませることができ、これにより、凹凸形状をより高精度かつ効率的に形成することができる。

さらに本発明によるエンボス加工方法が、基材上に転移させられた樹脂を硬化させて、微粒子を基材上に固定する工程をさらに備えるようにしてもよい。このような本発明によれば、押圧時に加えられ基材に残留した応力が加工後に徐々に開放されることにともない形成された凹凸形状が平坦化してしまうことを、防止することができる。

本発明によれば、樹脂からなる微粒子が絵柄ロールに供給され、絵柄ロールの凹凸内に入り込む。そして、絵柄ロールによって凹凸内に入り込んだ微粒子が基材に向けて押圧され、基材上に転移させられることによって、微細な凹凸形状を高精度かつ効率的に形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１および図２は本発明によるエンボス加工装置およびエンボス加工方法の一実施の形態を示す図である。

このうち図１はエンボス加工装置およびエンボス加工方法を示す概略図であり、図２は樹脂が供給された絵柄ロールを示す部分側断面図である。

図１に示すように、エンボス加工装置１０は、外周に凹凸形状を有する絵柄ロール１２と、絵柄ロール１２の側方に絵柄ロール１２に対向して配置された支持ロール１４と、微粒子状の樹脂５を絵柄ロール１２上に供給する樹脂供給装置１６と、を備えている。このようなエンボス加工装置１０は、供給される基材６に凹凸形状を形成する装置である。

絵柄ロール１２は、例えば、金属製ロールからなり、両端から突出する一対の支持軸１２ａを介して駆動機構１３により支持されている。駆動機構１３は、絵柄ロール１２を回転駆動することができるようになっており、また、絵柄ロール１２を対向する支持ロール１４に向けて移動させることができるようになっている。

支持ロール１４は、金属製ロールや、ゴム等の圧縮自在な材料によって表面層が形成されたロール等からなる。支持ロール１４は、両端から突出する一対の支持軸１４ａを介して駆動機構１５により支持されている。駆動機構１５は、支持ロール１４を回転駆動することができるようになっている。

図１に示すように、絵柄ロール１２および支持ロール１４の上方から基材６が供給されるようになっている。供給された基材６は絵柄ロール１２と支持ロール１４との間を押圧されながら進み、絵柄ロール１２の凹凸形状が基材６に転写されるようになっている。なお、基材６として、耐熱中性紙、ＰＰシート、ＰＥＴシート、塩ビシート等が供給される。また、絵柄ロール１２および支持ロール１４との離間間隔は、例えば、油圧機構を用いて調整することができるようになっており、これにより、絵柄ロール１２と支持ロール１４との間における基材６への押圧力を適宜調整することができるようになっている。

図１に示すように、樹脂供給装置１６は、絵柄ロール１２の上方に設けられており、絵柄ロール１２の凹凸形状を有する外周面に粒子状の樹脂を上方から供給するようになっている。後に詳述するように、樹脂供給装置１６から供給された樹脂５は絵柄ロール１２上から基材６上に転移させられる。

樹脂供給装置１６として、例えば、スクリューフィーダを用いることができる。一方、樹脂５としては、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂、熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂等を用いることができる。また、図２に示すように、樹脂５の粒径は、樹脂５が絵柄ロール１２の凹凸内に入り込むことができるよう、絵柄ロール１２の凹凸形状を考慮して決定されることが好ましい。例えば、凹凸の高さｈや幅ｗが１０〜３０μｍ程度である場合、樹脂の粒径は数μｍ程度であることが好ましい。

ところで、図１に示されているように、エンボス加工装置１０は、絵柄ロール１２下方に、樹脂５を転移させられた基材６の移動経路沿いに設けられた硬化装置２０をさらに備えている。硬化装置２０は、基材６上に転移させられた樹脂５を硬化させて、樹脂５を基材６上に固定するためのものである。したがって、図１に示すように、硬化装置２０が、基材６の移動経路沿いであって、基材６上の樹脂５に対面する側に配置されていることが好ましい。

硬化装置２０の構成は、樹脂供給装置１６から供給される樹脂５の種類に応じて選択される。例えば、樹脂供給装置１６から供給される樹脂５が熱硬化性樹脂である場合には、硬化装置２０は樹脂を加熱することができる構成となる。また、樹脂供給装置１６から供給される樹脂５が熱可塑性樹脂である場合には、硬化装置２０は樹脂５を冷却することができる構成となる。さらに、樹脂供給装置１６から供給される樹脂５が紫外線硬化型樹脂または電子線硬化型樹脂である場合には、硬化装置２０は樹脂５に対して紫外線または電子線を照射することができる構成となる。

また、図１に示されているように、エンボス加工装置１０は、絵柄ロール１２を加熱する加熱装置１８をさらに備えている。図１に示す例において、加熱装置１８は絵柄ロール１２に内蔵されたシート状ヒータから構成されており、主に、絵柄ロール１２の凹凸形状を有した外周面を加熱するようになっている。

次に、このような構成からなるエンボス加工装置１０を用いたエンボス加工方法について説明する。

まず、駆動機構１３，１５により、絵柄ロール１２と支持ロール１５が回転駆動される。次に、絵柄ロール１２と支持ロール１５との間に基材６が挿入され、挿入された基材６は絵柄ロール１２および支持ロール１５の回転に伴い、図１における上方から下方へと送り込まれる。この際、駆動機構１３によって、絵柄ロール１２の支持ロールに対する相対位置が例えば油圧等を用いて予め、また必要に応じて都度調整される。これにより、基材６が絵柄ロール１２と支持ロール１５との間で押圧され、絵柄ロール１２の外周面に設けられた大きな凹凸形状が基材６に転写される。

一方、基材６の供給に合わせて、樹脂供給装置１６から微粒子状の樹脂５が絵柄ロール１２上に供給される。図２に示すように、絵柄ロール１２上に供給された樹脂５は、絵柄ロール１２上に広がるとともに絵柄ロール１２の凹凸内に入り込む。上述したように、供給される樹脂５の粒径は、絵柄ロールの凹凸形状に対応させて決定されることが好ましく、この場合、絵柄ロール１２の回転速度を低下させることなく、樹脂５を凹凸内に入り込ませることも可能となる。

また、供給される樹脂５が反応して硬化しない程度に、加熱装置１８によって絵柄ロール１２の凹凸形状を有した外周面を加熱する。この場合、好ましくは、絵柄ロール１２上の樹脂５が熱を受けて軟化し、半固体となる。これにより、樹脂５の流動性が増加されるとともに、樹脂５は絵柄ロール１２の凹凸内をより密に埋めることになる。なお、樹脂５として熱硬化性樹脂が用いられている場合には、加熱装置１８により加熱は行われない。

絵柄ロール１２が回転して、絵柄ロール１２の凹凸形状内に入り込んだ樹脂５が絵柄ロール１２と支持ロール１５との間に達すると、基材６および樹脂５が絵柄ロール１２および支持ロール１５によって挟持され、凹凸形状内に入り込んだ樹脂５は基材６に向けて押圧される。これにより、樹脂５は絵柄ロール１２の凹凸形状内に広がり渡るとともに、この状態で絵柄ロール１２上から基材６上に転移させられる（積層される）。

このとき、大きな凹凸形状が基材６上に転写され、また、基材６に転写されきれなかった微細な凹凸形状は、基材６上に積層された樹脂５に転写される。このようにして、絵柄ロール１２の外周面に形成された凹凸形状が、基材６および基材６上に積層された樹脂５に精度良く形成（転写）されていく。また、上述したように、樹脂５の粒径を調整することによって、絵柄ロール１２の回転速度を低下させることなく、樹脂５を絵柄ロール１２の凹凸内に確実に入り込ませることができる。これにより、生産性を低下させることなく高精度のエンボス加工を効率的に行うことができる。

その後、基材６上に積層された樹脂５は、上述したような構成からなる硬化装置２０によって、硬化させられ基材６に対して固定される。用いられる樹脂５の特性によっては、加熱装置１８による加熱温度が制限され、加熱装置１８によって加熱されることなく加工が施される場合もある。このような場合等においては、凹凸形状の形成により樹脂５内に応力が発生する。加熱された樹脂が高い粘性を有することから、この応力は圧力解放後と同時に開放されるのではなく、時間をかけて徐々に開放される。しかしながら、硬化装置２０を用いれば、樹脂５内に残留した応力が開放されていく前に、樹脂５を硬化させることができる。この場合、樹脂の硬化によって応力の開放が妨げられ、応力が徐々に開放されていくことに伴って樹脂５に形成された凹凸形状が平坦化してしまうことを、防止することができる。

このようにして、エンボス加工装置１０を用い、基材６自体に大きな凹凸形状を形成することと、微細な凹凸形状が形成された樹脂５を基材６に積層することと、によって基材６に凹凸形状が形成されていく。

以上のように本実施の形態によれば、微粒子状の樹脂５を供給する樹脂供給装置１６が設けられており、樹脂供給装置１６から絵柄ロール１２上に樹脂５が供給される。樹脂５の粒径を適宜選択することより、回転駆動される絵柄ロール１２の回転速度を低下させることなく、供給された樹脂５を絵柄ロール１２の凹凸内に入り込ませることができる。そして、凹凸内に入り込んだ樹脂５が、絵柄ロール１２と支持ロール１４との間で、基材６に向けて押圧され基材６上に積層される。これにより、絵柄ロール１２に形成された凹凸形状に対応する微細な凹凸形状を高精度かつ効率的に基材６上に形成することができる。

また、本実施の形態によれば、絵柄ロール１２の外周面を加熱する加熱装置１８が設けられており、加熱装置１８による加熱によって樹脂５の流動性が高めることができる。流動性を高められた樹脂５は、絵柄ロール１２と支持ロール１４との間で押圧された際に、絵柄ロール１２の凹凸内に略隙間無く広がり渡ることができる。また、樹脂の流動性が増しているので、絵柄ロールの回転速度、言い換えると、基材の供給速度を速くすることができる。これにより、基材６に凹凸形状をより高精度かつ効率的に形成することができる。

さらに、本実施の形態によれば、支持ロール１４が絵柄ロール１２の側方に配置され、基材６が絵柄ロール１２と支持ロール１４との間に上方から供給されるようになっており、また、樹脂供給装置１６は絵柄ロール１２の上方に設けられ、上方から微粒子状の樹脂５を供給するようになっている。したがって、絵柄ロール１２上に供給された樹脂５は、基材６上に転移させられる前に、絵柄ロール１２上に広がり、確実に絵柄ロール１２の凹凸内に入り込むことができる。これにより、凹凸形状をより高精度かつ効率的に形成することができる。

さらに、本実施の形態によれば、基材６上に転移させられた樹脂５を硬化させて、樹脂５を基材６上に固定する硬化装置２０が設けられている。このような本発明によれば、凹凸形状形成時に加えられ残留した応力が徐々に開放されて形成された凹凸形状が平坦化してしまうことを防止することができる。

本発明によるエンボス加工装置およびエンボス加工方法の一実施の形態を示す概略図。 樹脂が供給された絵柄ロールを示す部分側断面図。

符号の説明

５ 樹脂
６ 基材
１０ エンボス加工装置
１２ 絵柄ロール
１４ 支持ロール
１６ 樹脂供給装置
１８ 加熱装置
２０ 硬化装置

Claims (8)

1. 外周に凹凸形状を有する絵柄ロールと、
   絵柄ロールに対向して配置された支持ロールと、
   微粒子状の樹脂を絵柄ロールに供給する樹脂供給装置と、を備え、
   絵柄ロールと支持ロールとの間に供給される基材に、絵柄ロールの凹凸形状に対応した凹凸を形成すると同時に、絵柄ロールの外周上に供給された樹脂を基材上に転移させて、凹凸形状を形成することを特徴とするエンボス加工装置。
2. 絵柄ロールを加熱する加熱装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンボス加工装置。
3. 樹脂供給装置は絵柄ロールの上方に設けられ、上方から微粒子状の樹脂を供給するようになっていること特徴とする請求項１または２に記載のエンボス加工装置。
4. 基材上に転移させられた樹脂を硬化させて、樹脂を基材上に固定する硬化装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンボス加工装置。
5. 外周に凹凸形状を有する絵柄ロールに、微粒子状の樹脂を供給する工程と、
   絵柄ロールと絵柄ロールに対向して配置された支持ロールとの間に、基材を供給する工程と、
   絵柄ロールと支持ロールとの間で基材を樹脂とともに押圧して、絵柄ロールの凹凸形状に対応した凹凸を基材に形成すると同時に、絵柄ロールの外周上に供給された樹脂を基材上に転移させて、凹凸形状を形成する工程と、を備えたことを特徴とするエンボス加工方法。
6. 絵柄ロールが加熱されていることを特徴とする請求項５に記載のエンボス加工方法。
7. 微粒子を供給する工程において、微粒子状の樹脂が上方から絵柄ロールに供給されることを特徴とする請求項５または６に記載のエンボス加工方法。
8. 基材上に転移させられた樹脂を硬化させて、微粒子を基材上に固定する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載のエンボス加工方法。

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