JP4976868B2

JP4976868B2 - フィルム構造体の製造方法及び装置

Info

Publication number: JP4976868B2
Application number: JP2007019415A
Authority: JP
Inventors: 光典小久保; 秀利北原; 聡福山
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: JP2008183811A

Description

本発明は、フィルム表面に微細な凹凸パターンを備えたフィルム構造体の製造方法及び装置に係り、さらに詳細には、フィルム表面にＵＶ硬化性樹脂を塗工し、このＵＶ硬化性樹脂にＵＶ光を照射するときＵＶ光の照射強度を調整してフィルム構造体を製造する方法及び装置に関する。

近年、巻出ロールから送出されるフィルムの表面に、転写ロールの周面に備えたナノスケールの凹凸パターンを転写して、ナノスケールの微細な凹凸パターンを備えたフィルム構造体が製造されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−２０８３０８号公報

前記特許文献１に記載の装置は、図３に示すごとき構成である。すなわち、微細な凹凸パターンを外周面に備えた転写ロール１００に近接してほぼ同一高さ位置に配置したニップロール１０１によって透明なフィルム１０２を案内し、前記転写ロール１００の下側を通過した前記フィルム１０２を、前記転写ロール１００よりも高い位置に配置したガイドロール１０３に巻回して送り出す構成である。

そして、前記転写ロール１００と前記ニップロール１０１に巻回した前記フィルム１０２との間に、タンク１０４からノズル１０５を介して紫外線硬化性組成物１０６を供給している。前記紫外線硬化性組成物１０６は、前記転写ロール１００の外周面とフィルム１０２との間に挟圧された状態でもって移送されるとき、紫外線発光光源１０７から紫外線の照射を受けて硬化することにより、前記フィルム１０２の表面に、前記転写ロール１００の外周面に備えた微細な凹凸パターンが転写された凹凸構造体１０８が形成されるものである。

上記構成においては、狭い範囲において紫外線を照射するものであるから、移動している紫外線硬化性組成物１０６を短時間で確実に硬化するには照射強度を強く（大きく）する必要があり、硬化熱も大きくなり、熱影響を少なくして凹凸構造体１０８をより高精度に形成するには問題がある。

本発明は前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、フィルム表面に微細な凹凸パターンを備えたフィルム構造体の製造方法であって、外周面に微細な凹凸パターンを備えた転写ロールの周面に沿ってフィルムを送り込む際に、上記フィルム表面にＵＶ硬化性樹脂を塗工する工程と、上記ＵＶ硬化性樹脂を塗工したフィルムの表面を前記転写ロールに所定の範囲に亘って面接触しかつ密着した状態を保持して移送する工程と、前記転写ロールと前記フィルムとが少なくとも面接触した領域にＵＶ光を照射して前記ＵＶ硬化性樹脂を硬化するとき、前記転写ロールの少なくとも周囲に配置した複数のＵＶ光源を複数のグループに区分けしたグループ毎にＵＶ光の照射強度を異にして、或は個々のＵＶ光源におけるＵＶ光の照射強度を異にして、前記ＵＶ硬化性樹脂を硬化するための領域へＵＶ光を照射して前記ＵＶ硬化性樹脂の硬化を行う工程の各工程を備えていることを特徴とするものである。

また、前記フィルム構造体の製造方法において、前記フィルムの移送方向の上流側に位置するＵＶ光源よりも下流側に位置するＵＶ光源におけるＵＶ光の照射強度が次第に大きくなることを特徴とするものである。

また、フィルム表面に微細な凹凸パターンを備えたフィルム構造体の製造装置であって、外周面に微細な凹凸パターンを備えた転写ロールと、前記転写ロールの周面に沿ってフィルムを送り込むフィルム送り手段と、前記フィルムの表面へＵＶ硬化性樹脂を塗工するための塗工手段と、前記ＵＶ硬化性樹脂を塗工した前記フィルムの表面を前記転写ロールへ押圧するバックアップロールと、前記転写ロールと前記フィルムとが少なくとも面接触した領域へＵＶ光を照射するＵＶ光照射手段とを備え、上記ＵＶ光照射手段は、前記フィルムの移送方向及び前記フィルムの幅方向に複数のＵＶ光源が配置してあり、上記複数のＵＶ光源は、前記転写ロールの少なくとも周囲に配置してあることを特徴とするものである。

また、前記フィルム構造体の製造装置において、前記複数のＵＶ光源は、複数のグループに区分けしてあり、各グループ毎にＵＶ光の照射強度を制御可能に構成してあることを特徴とするものである。

また、前記フィルム構造体の製造装置において、前記バックアップロールは、当該バックアップロールの長手方向の中央部付近の径よりも両端側が次第に小径となる形状であり、前記バックアップロールが前記フィルムを前記転写ロールへ押圧する部分にＵＶ光を照射するための複数のＵＶ光源を、前記バックアップロールが前記フィルムを押圧する直線部分に沿って配置し、前記バックアップロールの長手方向の中央部に位置するＵＶ光源のＵＶ光の照射強度よりも両側に位置するＵＶ光源のＵＶ光の照射強度を弱くしてあることを特徴とするものである。

本発明によれば、長手方向へ移動するフィルムの移動方向及びフィルムの幅方向に複数のＵＶ光源を配置して全体として面的な広がりを有してＵＶ光を照射することができ、かつ面的な広がりの範囲内においてＵＶ光の照射強度を調整できるので、ＵＶ硬化性樹脂の硬化熱を抑制することができ、硬化熱の熱影響を小さくしてのより高精度の微細な凹凸パターンの形成を行うことができるものである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るフィルム構造体の製造装置について説明する。図１に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るフィルム構造体の製造装置１は、外周面に例えばナノスケールの微細な凹凸パターンを備えた転写ロール３を回転自在に備えており、この転写ロール３の一側方には、前記転写ロール３の周面に沿って透明な樹脂製のフィルム５を送り込むためのフィルム送り手段７を備えている。

上記フィルム送り手段７は、長尺のフィルム５を巻き込んだ送りロール９を備えており、この送りロール９から巻き戻される前記フィルム５を案内するガイドロール１１，フィルム５の送り出しを行う一対のピンチロール１３，テンションロール１５を、フィルム５の送り方向（移送方向）に見て上流側から順に備えている。そして、前記転写ロール３に近接した上流側には、前記フィルム５の表面（上面）にＵＶ硬化性樹脂を塗工するための塗工手段１７が配置してある。この塗工手段１７は、一般的な塗工装置でよいので、前記塗工手段１７についての詳細な説明は省略する。

さらに、前記転写ロール３に近接した上流側には、ＵＶ硬化性樹脂を塗工した前記フィルム５の表面を前記転写ロール３へ押圧するためのバックアップロール１９が回転自在に配置してある。このバックアップロール１９は、バックアップロール１９のほぼ全長に亘って均等に押圧するように、バックアップロール１９の軸方向（図１において紙面に垂直な方向で、バックアップロール１９の長手方向）の中央部の径よりも、両端側の径が次第に小径になるように形成してあり、その軸心は前記転写ロール３の軸心とほぼ同一高さ位置に設けられている。そして、前記転写ロール３と一体的に回転するように構成してある。

前記転写ロール３の下流側には、前記転写ロール３の外周面の下部側の所定範囲に亘って前記フィルム５の面接触を保持するためのガイドロール２１が前記転写ロール３の軸心位置より高位置に配置してある。さらに、前記フィルム５を案内するためのガイドロール２３が回転自在に配置してあると共に、前記フィルム５を巻き取るための巻取ロール２５が回転自在に備えられている。

前記転写ロール３の周面に備えた微細な凹凸パターンを前記ＵＶ硬化性樹脂に転写し、このＵＶ硬化性樹脂をＵＶ硬化させるために、前記転写ロール３の下部外周面に面接触したフィルム５の面接触領域に対応してＵＶ照射手段２７が配置してある。より詳細には、前記転写ロール３の下方には、前記転写ロール３の軸心を中心とする円弧状の曲面を呈する光源支持部材２９が配置してあり、この光源支持部材２９にはＵＶ光源３１の一例としての複数の紫外線ＬＥＤが前記フィルム５の移送方向及びフィルム５の幅方向，換言すれば前記転写ロール３の下側周面に沿う方向及び転写ロール３の軸心に沿う方向に面的な広がりを保持して配置してある。すなわち、複数のＵＶ光源３１は、前記転写ロール３の少なくとも下側周囲に配置してある。

前記複数のＵＶ光源３１は、図２に示すように、複数列、複数行に配置してある。すなわち、複数のＵＶ光源３１は、フィルム５の移送方向（矢印方向）のＡ列〜Ｄ列に配置してあって、各Ａ〜Ｄ列の複数のグループに区分けしてあり、各グループＡ〜Ｄ毎にＵＶ光の照射強度を調節可能に構成してある。上記各グループＡ〜Ｄ毎にＵＶ光の照射強度を調節可能な構成の１例としては、例えば次のごとき構成とすることができる。

すなわち、各グループＡ〜Ｄに含まれる複数のＵＶ光源３１を各グループＡ〜Ｄ毎に直列に接続し、かつ各グループＡ〜Ｄと電源３３とを接続した接続回路に、電流調整回路（電流調整手段）３５を直列に接続した構成とする。この電流調整手段３５としては、例えば電流値の異なる複数の定電流ダイオード３７Ａ，３７Ｂを並列に接続し、各定電流ダイオード３７Ａ，３７Ｂにスイッチング素子３９Ａ，３９Ｂをそれぞれ直列に接続した構成とする。そして、前記各スイッチング素子３９Ａ，３９ＢのＯＮ，ＯＦＦを制御するためのスイッチ制御手段４１を備えた構成とすることができる。

なお、複数のＵＶ光源３１を複数のグループに区分けする構成としては、フィルム５の移送方向の列毎に区分けする他に、フィルム５の幅方向の行毎に区分けすることも可能である。さらには、ＵＶ光源３１の配置に拘わりなく適数のＵＶ光源３１を任意に選択したグループに区分けすることも可能である。すなわち、複数のＵＶ光源３１をグループ分けすることは必要に応じて行なえばよいものである。また、各グループにおけるＵＶ光源３１の数は必ずしも同一にする必要はなく任意の数とすることができる。

上記構成によれば、複数（本例においては２個）のスイッチング素子３９Ａ，３９Ｂの適宜一方をＯＮ動作すること、又は両スイッチング素子３９Ａ，３９Ｂを共にＯＮ動作することにより、各グループＡ〜Ｄにおける電流値を３種に制御することができるものであり、照射強度を３段階に調整することができる。なお、上記電流調整手段３５の構成は一例にすぎないものであり、その他の構成とすることも可能で、ＵＶ照射強度を無段階に調整することができるものである。

さらに、前記転写ロール３に対するバックアップロール１９の押圧位置においてＵＶ硬化性樹脂の硬化を図るために、上記押圧位置の中央部（転写ロール３，バックアップロール１９の長手方向の中央部）付近をＵＶ照射するためのＵＶ光源４３Ａ（図２参照）及び前記押圧位置の両側付近をＵＶ照射するためのＵＶ光源４３Ｂ，４３Ｃが前記ＵＶ光源４３Ａの側方に配置してある。上記ＵＶ光源４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃにおいては、中央部におけるＵＶ光源４３ＡのＵＶ照射強度は両側のＵＶ光源４３Ｂ，４３ＣのＵＶ照射強度より大きいものであり、両側のＵＶ光源４３Ｂ，４３ＣのＵＶ照射強度はほぼ等しい照射強度である。なお、前記各ＵＶ光源４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃにそれぞれ前述同様の電流調整手段３５を接続して備えることにより、各ＵＶ光源４３Ａ，４３Ｂ，４３ＣのＵＶ照射強度を個別に制御する構成とすることも可能である。

以上のごとき構成において、送りロール９からフィルム５を巻き戻し、塗工手段１７によって前記フィルム５の表面にＵＶ硬化性樹脂を塗工した後、バックアップロール１９によってフィルム５の表面を転写ロール３へ押圧し、フィルム５が転写ロール３に面接触し密着した状態を保持しつつ移送し、ＵＶ照射手段２７によって前記面接触した領域、すなわちＵＶ硬化性樹脂のＵＶ硬化を行うための領域にＵＶ照射を行って前記ＵＶ硬化性樹脂のＵＶ硬化を行うことにより、前記転写ロール３の外周面に備えた微細な凹凸パターンがフィルム５へ転写されて、フィルム表面に微細な凹凸パターンを備えたフィルム構造体が製造されることになる。

前述のごとく、バックアップロール１９によってフィルム５を転写ロール３へ押圧するとき、バックアップロール１９の両端側の径が中央部の径より次第に小径になるように形成してあるので、両端支持のバックアップロール１９は全長に亘ってほぼ均等にフィルム５を転写ロール３へ押圧することになる。そして、前記バックアップロール１９が転写ロール３へフィルム５を押圧している中央部付近及び両端側は、中央部のＵＶ光源４３Ａ及び両端側のＵＶ光源から照射されるＵＶ光によってＵＶ硬化性樹脂は硬化を開始しており、かつ中央部付近のＵＶ硬化が両端側より進行して流動性が低下しているので、両端側への流動及び両端側から外部へ流出する流動が抑制されて、フィルム５の全幅に亘って均等厚に保持される。

その後、ＵＶ照射手段２７に対応した位置においてさらに強力にＵＶ照射を受けることにより、ＵＶ硬化性樹脂のＵＶ硬化が進行する。この際、フィルム５の移送方向の上流側に位置するグループＡにおけるＵＶ光源３１の照射強度よりも下流側に位置するグループＢ，Ｃ，ＤにおけるＵＶ光源３１の照射強度が次第に大きくなるので、ＵＶ硬化性樹脂のＵＶ硬化は次第に進行するものであって、ＵＶ光源３１を１列に配置してＵＶ照射の強度を大きくして上記１列の部分においてＵＶ硬化性樹脂のＵＶ硬化を一挙に行う場合に比較して、硬化熱を抑制することができるものである。したがって、硬化熱による熱影響が少なく、またＵＶ硬化後のＵＶ硬化性樹脂の粗密を生じることなく、より高精度の転写を行うことができるものである。

ところで、上記説明においては、グループＡにおけるＵＶ光源３１よりも下流側のグループＢ，Ｃ，ＤにおけるＵＶ光源３１の照射強度が次第に大きくなる場合について説明したが、ＵＶ硬化性樹脂の特性によっては、前述とは逆に、下流側のグループにおけるＵＶ光源３１の照射強度を次第に小さく（弱く）することも可能である。さらに、フィルム５の幅方向（転写ロール３の軸方向）の行をグループに区分した場合には、中央部のグループに属するＵＶ光源３１の照射強度を大きくして、両側のグループに属するＵＶ光源３１の照射強度を次第に弱くすることも可能である。

また、前記列のグループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと行のグループを組合わせて、グループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の照射強度の調整と行のグループ毎の照射強度を組合わせることも可能である。すなわち、フィルム５の移送方向の上流側又は下流側ほどＵＶ照射強度が大きくなるように調整すると共に、フィルム５の幅方向の中央部から両側方におけるＵＶ光源３１の照射強度が次第に小さくなるように、又は次第に大きくなるように調整することも可能である。また、複数のＵＶ光源３１をグループ分けすることなく個々の照射強度を調整する構成とすることも可能である。

また、例えば転写ロール３の回転を検出し、凹凸パターンにおいて深い凹部が対応する位置に来たときにＵＶ照射強度を大きく調整するなど、凹凸パターンにおける凹部の深さに対応してＵＶ光の照射強度を調整することも可能である。

また、複数のＵＶ光源３１の配置としては、前述したごとき列，行に限ることなく極座標的に配置することや任意に配置することも可能である。

さらに、ＵＶ光源としてＬＥＤを使用する場合、照射されるＵＶの拡散を図るために、前記転写ロール３とＵＶ照射手段２７との間に拡散板４５を配置することが望ましい。このように、拡散板４５を配置することにより、ＵＶ光が拡散されて、フィルム５と転写ロール３との接触面に均等的に照射されることになる。

ところで、前述の説明においては、転写ロール３とフィルム５とが接触した状態にある転写ロール３の下側周面へＵＶ光の照射を行う場合について説明した。しかし、ＵＶ硬化性樹脂にＵＶ光を照射してＵＶ硬化を行うための領域は、前記転写ロール３の下側周面に限ることなく、例えば転写ロール３からフィルム５が離れた下流側の領域をも含めることが可能である。すなわち、転写ロール３の下流側にもＵＶ照射手段を配置し、この下流側のＵＶ照射手段によって、転写ロール３から離れた後のフィルム５にＵＶ光の照射を行うものである。

上記のごとき構成とすることにより、すなわち、転写ロール３の周囲のみならず、その近傍にも複数のＵＶ光源を配置して、フィルム５に対してＵＶ光の照射を行うこととなり、ＵＶ硬化性樹脂をより完全に硬化することができるものである。なお、前記転写ロール３の下流側においてＵＶ光の照射を行う場合には、フィルム５の裏面側，表面側の一方又は両方からＵＶ光を照射することができるものである。

以上のごとき説明より理解されるように、転写ロール３の周面に備えられた微細な凹凸パターンをフィルム５に転写するとき、ＵＶ硬化性樹脂を、フィルム５と転写ロール３との接触面内において徐々にＵＶ硬化することが可能であり、硬化熱を抑制しつつ硬化することができるものである。したがって硬化熱による熱影響を抑制して転写することができ、ＵＶ硬化後に部分的に粗密を生じることなく、より高精度の転写を行うことができるものである。

本発明の実施形態に係るフィルム構造体の製造装置を概略的，概念的に示した説明図である。複数のＵＶ光源の配置例及び照射強度を調整する構成の説明図である。従来例の説明図である。

符号の説明

３転写ロール
５フィルム
７フィルム送り手段
９送りロール
１７塗工手段
１９バックアップロール
２１ガイドロール
２５巻取ロール
２７ＵＶ照射手段
２９光源支持部材
３１，４３Ａ，４３Ｂ，４３ＣＵＶ光源
３５電流調整手段
３７Ａ，３７Ｂ定電流ダイオード
３９Ａ，３９Ｂスイッチング素子
４１スイッチ制御手段
４５拡散板

Claims

フィルム表面に微細な凹凸パターンを備えたフィルム構造体の製造方法であって、
（ａ）外周面に微細な凹凸パターンを備えた転写ロールの周面に沿ってフィルムを送り込む際に、上記フィルム表面にＵＶ硬化性樹脂を塗工する工程、
（ｂ）上記ＵＶ硬化性樹脂を塗工したフィルムの表面を前記転写ロールに所定の範囲に亘って面接触しかつ密着した状態を保持して移送する工程、
（ｃ）前記転写ロールと前記フィルムとが少なくとも面接触した領域にＵＶ光を照射して前記ＵＶ硬化性樹脂を硬化するとき、前記転写ロールの少なくとも周囲に配置した複数のＵＶ光源を複数のグループに区分けしたグループ毎にＵＶ光の照射強度を異にして、或は個々のＵＶ光源におけるＵＶ光の照射強度を異にして、前記ＵＶ硬化性樹脂を硬化するための領域へＵＶ光を照射して前記ＵＶ硬化性樹脂の硬化を行う工程、
の各工程を備えていることを特徴とするフィルム構造体の製造方法。
請求項１に記載のフィルム構造体の製造方法において、前記フィルムの移送方向の上流側に位置するＵＶ光源よりも下流側に位置するＵＶ光源におけるＵＶ光の照射強度が次第に大きくなることを特徴とするフィルム構造体の製造方法。
フィルム表面に微細な凹凸パターンを備えたフィルム構造体の製造装置であって、外周面に微細な凹凸パターンを備えた転写ロールと、前記転写ロールの周面に沿ってフィルムを送り込むフィルム送り手段と、前記フィルムの表面へＵＶ硬化性樹脂を塗工するための塗工手段と、前記ＵＶ硬化性樹脂を塗工した前記フィルムの表面を前記転写ロールへ押圧するバックアップロールと、前記転写ロールと前記フィルムとが少なくとも面接触した領域へＵＶ光を照射するＵＶ光照射手段とを備え、
上記ＵＶ光照射手段は、前記フィルムの移送方向及び前記フィルムの幅方向に複数のＵＶ光源が配置してあり、上記複数のＵＶ光源は、前記転写ロールの少なくとも周囲に配置してあることを特徴とするフィルム構造体の製造装置。
請求項３に記載のフィルム構造体の製造装置において、前記複数のＵＶ光源は、複数のグループに区分けしてあり、各グループ毎にＵＶ光の照射強度を制御可能に構成してあることを特徴とするフィルム構造体の製造装置。
請求項３又は４に記載のフィルム構造体の製造装置において、前記バックアップロールは、当該バックアップロールの長手方向の中央部付近の径よりも両端側が次第に小径となる形状であり、前記バックアップロールが前記フィルムを前記転写ロールへ押圧する部分にＵＶ光を照射するための複数のＵＶ光源を、前記バックアップロールが前記フィルムを押圧する直線部分に沿って配置し、前記バックアップロールの長手方向の中央部に位置するＵＶ光源のＵＶ光の照射強度よりも両側に位置するＵＶ光源のＵＶ光の照射強度を弱くしてあることを特徴とするフィルム構造体の製造装置。