JP6085193B2 - 微細構造フィルムの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
(1)
1)表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト形状を有する金型と、
2)前記エンドレスベルト形状を有する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および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、
3)前記エンドレスベルト形状を有する金型を冷却するための冷却ロールと、
4)エンドレスベルト形状を有する金型に密着したフィルムを剥がすための剥離機構と、
5)前記加熱ロールおよび前記冷却ロールを回転させて、前記エンドレスベルト形状を有する金型を搬送する搬送機構と、
を少なくとも備えた微細構造フィルムの製造装置であって、
前記加熱ロールから前記冷却ロールに向かう第1の金型搬送経路において
前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面にシワ伸ばしロールが配置されていること
を特徴とする微細構造フィルムの製造装置。
(2)
前記エンドレスベルト形状を有する金型の幅をW、
前記エンドレスベルト形状を有する金型の厚さをt、
前記第1の金型搬送経路にあるシワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記冷却ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点までの金型搬送方向の距離をL1、
とした場合、数式1を満たすように前記第1の金型搬送経路にシワ伸ばしロールが配置されていること
を特徴とする(1)に記載の微細構造フィルムの製造装置。
(3)
前記第1の金型搬送経路に配置されたシワ伸ばしロールが、シワ伸ばしロール表面の温度調整を行う温度調整機構を有すること
を特徴とする(1)または(2)に記載の微細構造フィルムの製造装置。
(4)
前記冷却ロールから前記加熱ロールに向かう第2の金型搬送経路において
前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面にシワ伸ばしロールが配置されていること
を特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の微細構造フィルムの製造装置。
(5)
前記エンドレスベルト形状を有する金型の幅をW、
前記エンドレスベルト形状を有する金型の厚さをt、
前記第2の金型搬送経路にあるシワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記加熱ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点までの金型搬送方向の距離をL2、
とした場合、数式2を満たすように前記第2の金型搬送経路にシワ伸ばしロールが配置されていること
を特徴とする(4)に記載の微細構造フィルムの製造装置。
(6)
前記第2の金型搬送経路に配置されたシワ伸ばしロールが、シワ伸ばしロール表面の温度調整を行う温度調整機構を有すること
を特徴とする(4)または(5)に記載の微細構造フィルムの製造装置。
(7)
1)表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト形状を有する金型を、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、
2)フィルムの成形側表面と前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造表面とを密着させた状態で、前記加熱ロールを含む一対のロールによりニップ加圧する加圧成形工程と、
3)加圧後の前記エンドレスベルト形状を有する金型と前記フィルムを密着させたまま冷却ゾーンまで搬送する第1の搬送工程と、
4)前記冷却ゾーンでエンドレスベルト形状を有する金型とフィルムを密着させたままエンドレスベルト形状を有する金型側から冷却する冷却工程と、
5)冷却後のエンドレスベルト形状を有する金型とフィルムとを剥離するフィルム剥離工程と、
6)フィルムを剥離した前記エンドレスベルト形状を有する金型を再度加熱ロールまで搬送する第2の搬送工程と、
を少なくとも含むことにより、エンドレスベルト形状を有する金型の表面に形成された微細構造を、加熱したフィルムの表面に成形する微細構造フィルムの製造方法であって、
前記第1の搬送工程において、前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面に配置されたシワ伸ばしロールにより前記エンドレスベルト形状を有する金型のシワを伸ばすこと
を特徴とする微細構造フィルムの製造方法。
(8)
前記エンドレスベルト形状を有する金型の幅をW、
前記エンドレスベルト形状を有する金型の厚さをt、
前記第1の搬送工程にあるシワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記冷却ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点までの金型搬送方向の距離をL1、
前記第1の搬送工程にある前記シワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点での前記シワ伸ばしロールの表面温度をT1、
前記第1の搬送工程にある前記シワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記冷却ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点での前記冷却ロールの表面温度をT2、
とした場合、数式3および数式4を満たすように前記シワ伸ばしロールを配置してシワを伸ばすこと
を特徴とする(7)に記載の微細構造フィルムの製造方法。
1×107≦(W/t)2×((T1−T2)/L1)≦1×1010・・・(数式4)
(9)
前記第1の搬送工程に配置されたシワ伸ばしロールが、温度調整機構を有し、シワ伸ばしロール表面の温度調整を行うこと
を特徴とする(7)または(8)に記載の微細構造フィルムの製造方法。
(10)
前記第2の搬送工程において、前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面に配置されたシワ伸ばしロールにより前記エンドレスベルト形状を有する金型のシワを伸ばすこと
を特徴とする(7)〜(9)のいずれかに記載の微細構造フィルムの製造方法。
(11)
前記エンドレスベルト形状を有する金型の幅をW、
前記エンドレスベルト形状を有する金型の厚さをt、
前記第2の搬送工程にあるシワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記加熱ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点までの金型搬送方向の距離をL2、
前記第2の搬送工程にある前記シワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点での前記シワ伸ばしロールの表面温度をT3、
前記第2の搬送工程にある前記シワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記加熱ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点での前記加熱ロールの表面温度をT4、
とした場合、数式5を満たすように前記シワ伸ばしロールを配置してシワを伸ばすこと
を特徴とする(10)に記載の微細構造フィルムの製造方法。
(12)
前記第2の搬送工程に配置されたシワ伸ばしロールが、温度調整機構を有し、シワ伸ばしロール表面の温度調整を行うこと
を特徴とする(10)または(11)に記載の微細構造フィルムの製造方法。
また、シワ伸ばしロール31と冷却ロール5の間の金型搬送方向の距離を調整できるようにしてもよい。ここで、金型搬送方向とは図3の金型搬送方向81の矢印の向きの方向のことである。フィルム2や金型3の材質、厚さ、幅などによって金型3へのシワやうねりの発生する条件は異なるが、前記距離を変更できるようにすることで、金型3に発生したシワやうねりを容易に抑制できるようになる。金型3のシワやうねりの抑制方法として、シワ伸ばしロール31の位置を調整することができるシワ伸ばしロール移動装置を備えていることが好ましい。シワ伸ばしロール移動装置の一実施形態を、本発明の微細構造フィルムの製造装置1におけるシワ伸ばしロールの一実施形態の概略平面図である図2と、フィルム幅方向から見た概略側面図である図3を用いて説明する。
ニップロール6は芯層の外表面に弾性体の層10を有する構造である。芯層は、強度および加工精度が求められ、例えば鋼や繊維強化樹脂、セラミックス、アルミ合金などが適用される。また、弾性体の層10は、加圧により変形する層であり、ゴム、樹脂、もしくはエラストマー材質等が好ましく適用される。芯層はその両端部で軸受11によって回転可能なように支持されており、さらに軸受11は、シリンダなどの加圧装置12と接続されている。ニップロール6はこの加圧装置12のストロークにより開閉し、フィルム2を加圧または開放する。
冷却ロール5から加熱ロール4に向かう第2の金型搬送経路72において、金型3の微細構造が形成された面3aの反対側の面に金型3のシワ伸ばしロール32を有することが好ましい。
金型3は加熱ロール4と冷却ロール5に懸架されて搬送されているため、常に第1の金型搬送経路71の金型搬送方向には温度差が発生している。そのため、第1の金型搬送経路71では金型3の幅方向に温度差起因の熱応力による引っ張りあるいは圧縮荷重が発生するが、この引っ張りあるいは圧縮荷重が、金型3の材質や寸法によって決まる座屈限界荷重を超えたときに金型3の幅方向に座屈を引き起こし、シワやうねりとなる。
P=(n×π2×EI)/W2となる。ここで、断面2次モーメントIはI=(b×t3)/12であるからP=(n×π2×E×b×t3)/(12×W2)と変換できる。
数式2についてより好ましくは5×106≦(W/t)2×(1/L2)≦5×107である。
詳細を、図8を用いて説明する。図8は本発明を適用した微細構造フィルムの製造装置における、冷却ロールから加熱ロールに向かう第2の金型搬送経路のシワ伸ばしロールを、フィルム幅方向から見た概略側面図である。第2の金型搬送経路72にあるシワ伸ばしロール32と金型3との接触終了点から金型搬送方向にある加熱ロール4と金型3との接触開始点までの金型搬送方向の距離L2とは、図8で示す金型3のシワ伸ばしロール32との接触終了点63から金型搬送方向にある加熱ロール4との接触開始点64までの距離L2のことである。
本発明の微細構造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形状を有する金型を、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、フィルムの成形側表面と前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造表面とを密着させた状態で、前記加熱ロールを含む一対のロールによりニップ加圧する加圧成形工程と、加圧後の前記エンドレスベルト形状を有する金型と前記フィルムを密着させたまま冷却ゾーンまで搬送する第1の搬送工程と、前記冷却ゾーンでエンドレスベルト形状を有する金型とフィルムを密着させたままエンドレスベルト形状を有する金型側から冷却する冷却工程と、冷却後のエンドレスベルト形状を有する金型とフィルムとを剥離するフィルム剥離工程と、フィルムを剥離した前記エンドレスベルト形状を有する金型を再度金型加熱ロールまで搬送する第2の搬送工程と、を少なくとも含むことにより、エンドレスベルト形状を有する金型の表面に形成された微細構造を、加熱したフィルムの表面に成形する微細構造フィルムの製造方法であって、前記第1の搬送工程において、前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面に配置されたシワ伸ばしロールにより前記エンドレスベルト形状を有する金型のシワを伸ばすことを特徴とする微細構造フィルムの製造方法である。
1×107≦(W/t)2×((T1−T2)/L1)≦1×1010・・・(数式4)
数式3についてより好ましくは30≦(T1−T2)≦50、数式4についてより好ましくは2×107≦(W/t)2×((T1−T2)/L1)≦1×109である。
数式5についてより好ましくは2×107≦(W/t)2×((T4−T3)/L2)≦1×109である。
図1、2、3の構成を有する装置で微細構造フィルムを製造した。
実施例1の構成に図4、5に示すシワ伸ばしロール32を追加設置した構成で微細構造フィルムを製造した。シワ伸ばしロール32の配置、加圧力、温度調整の条件は下記の条件とした。
シワ伸ばしロール31が無いことを除けば実施例1と同条件で微細構造フィルムを製造した。
2:フィルム
2a:フィルムの被成形層が設けられている面
3:金型
3a:金型の微細構造が形成された面
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
8:巻出ロール
9:巻取ロール
10:弾性体の層
11、41、51:軸受
12:加圧装置
31、32:シワ伸ばしロール
40、50:シワ伸ばしロール機構
42、52:流体圧シリンダ
43、53:荷重検知器
44、54:シワ伸ばしロール加圧装置
45、55:架台
46、56:スライドレール
47、57:シワ伸ばしロール移動装置
48、58:モータ
61、63:シワ伸ばしロールと金型との接触終了点
62:冷却ロールと金型との接触開始点
64:加熱ロールと金型との接触開始点
71:第1の金型搬送経路
72:第2の金型搬送経路
81:金型搬送方向
82:シワ伸ばしロール移動装置移動方向
L1:第1の金型搬送経路における金型のシワ伸ばしロールとの接触終了点から冷却ロールとの接触開始点までの距離
L2:第2の金型搬送経路における金型のシワ伸ばしロールとの接触終了点から加熱ロールとの接触開始点までの距離
W:金型の幅
b:金型の搬送方向微小長さ
t:金型の厚さ
ΔT:金型搬送方向微小長さbの区間での金型搬送方向の温度差
Claims (10)
- 1)表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト形状を有する金型と、
2)前記エンドレスベルト形状を有する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および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、
3)前記エンドレスベルト形状を有する金型を冷却するための冷却ロールと、
4)エンドレスベルト形状を有する金型に密着したフィルムを剥がすための剥離機構と、
5)前記加熱ロールおよび前記冷却ロールを回転させて、前記エンドレスベルト形状を有する金型を搬送する搬送機構と、
を少なくとも備えた微細構造フィルムの製造装置であって、
前記加熱ロールから前記冷却ロールに向かう第1の金型搬送経路において
前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面に、幅方向にわたって前記金型を加圧するシワ伸ばしロールが配置されていること、かつ、
該シワ伸ばしロールが、シワ伸ばしロール表面の温度調整を行う温度調整機構を有すること
を特徴とする微細構造フィルムの製造装置。 - 前記エンドレスベルト形状を有する金型の幅をW、
前記エンドレスベルト形状を有する金型の厚さをt、
前記第1の金型搬送経路にあるシワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記冷却ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点までの金型搬送方向の距離をL1、
とした場合、数式1を満たすように前記第1の金型搬送経路にシワ伸ばしロールが配置されていること
を特徴とする請求項1に記載の微細構造フィルムの製造装置。
1×106≦(W/t)2×(1/L1)≦1×108・・・(数式1) - 前記冷却ロールから前記加熱ロールに向かう第2の金型搬送経路において
前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面にシワ伸ばしロールが配置されていること
を特徴とする請求項1または2に記載の微細構造フィルムの製造装置。 - 前記エンドレスベルト形状を有する金型の幅をW、
前記エンドレスベルト形状を有する金型の厚さをt、
前記第2の金型搬送経路にあるシワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記加熱ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点までの金型搬送方向の距離をL2、
とした場合、数式2を満たすように前記第2の金型搬送経路にシワ伸ばしロールが配置されていること
を特徴とする請求項3に記載の微細構造フィルムの製造装置。
1×106≦(W/t)2×(1/L2)≦1×108・・・(数式2) - 前記第2の金型搬送経路に配置されたシワ伸ばしロールが、シワ伸ばしロール表面の温度調整を行う温度調整機構を有すること
を特徴とする請求項3または4に記載の微細構造フィルムの製造装置。 - 1)表面に微細構造が形成されたエンドレスベルト形状を有する金型を、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、
2)フィルムの成形側表面と前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造表面とを密着させた状態で、前記加熱ロールを含む一対のロールによりニップ加圧する加圧成形工程と、
3)加圧後の前記エンドレスベルト形状を有する金型と前記フィルムを密着させたまま冷却ゾーンまで搬送する第1の搬送工程と、
4)前記冷却ゾーンでエンドレスベルト形状を有する金型とフィルムを密着させたままエンドレスベルト形状を有する金型側から冷却する冷却工程と、
5)冷却後のエンドレスベルト形状を有する金型とフィルムとを剥離するフィルム剥離工程と、
6)フィルムを剥離した前記エンドレスベルト形状を有する金型を再度加熱ロールまで搬送する第2の搬送工程と、
を少なくとも含むことにより、エンドレスベルト形状を有する金型の表面に形成された微細構造を、加熱したフィルムの表面に成形する微細構造フィルムの製造方法であって、
前記第1の搬送工程において、前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面に、幅方向にわたって前記金型を加圧する配置されたシワ伸ばしロールにより前記エンドレスベルト形状を有する金型のシワを伸ばすこと、かつ、
該シワ伸ばしロールが、温度調整機構を有し、シワ伸ばしロール表面の温度調整を行うこと
を特徴とする微細構造フィルムの製造方法。 - 前記エンドレスベルト形状を有する金型の幅をW、
前記エンドレスベルト形状を有する金型の厚さをt、
前記第1の搬送工程にあるシワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記冷却ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点までの金型搬送方向の距離をL1、
前記第1の搬送工程にある前記シワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点での前記シワ伸ばしロールの表面温度をT1、
前記第1の搬送工程にある前記シワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記冷却ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点での前記冷却ロールの表面温度をT2、
とした場合、数式3および数式4を満たすように前記シワ伸ばしロールを配置してシワを伸ばすこと
を特徴とする請求項6に記載の微細構造フィルムの製造方法。
20≦(T1−T2)≦100・・・(数式3)
1×107≦(W/t)2×((T1−T2)/L1)≦1×1010・・・(数式4) - 前記第2の搬送工程において、前記エンドレスベルト形状を有する金型の微細構造が形成された面の反対側の面に配置されたシワ伸ばしロールにより前記エンドレスベルト形状を有する金型のシワを伸ばすこと
を特徴とする請求項6または7に記載の微細構造フィルムの製造方法。 - 前記エンドレスベルト形状を有する金型の幅をW、
前記エンドレスベルト形状を有する金型の厚さをt、
前記第2の搬送工程にあるシワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記加熱ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点までの金型搬送方向の距離をL2、
前記第2の搬送工程にある前記シワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点での前記シワ伸ばしロールの表面温度をT3、
前記第2の搬送工程にある前記シワ伸ばしロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触終了点から金型搬送方向にある前記加熱ロールと前記エンドレスベルト形状を有する金型との接触開始点での前記加熱ロールの表面温度をT4、
とした場合、数式5を満たすように前記シワ伸ばしロールを配置してシワを伸ばすこと
を特徴とする請求項8に記載の微細構造フィルムの製造方法。
1×107≦(W/t)2×((T4−T3)/L2)≦1×1010・・・(数式5) - 前記第2の搬送工程に配置されたシワ伸ばしロールが、温度調整機構を有し、シワ伸ばしロール表面の温度調整を行うこと
を特徴とする請求項8または9に記載の微細構造フィルムの製造方法。
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