JP6242738B2 - 型ロールの製造方法及び型ロール - Google Patents

Description

本発明は、表面に微小な凹凸を有する型ロールの製造方法及びその方法により製造された型ロールに関するものである。

近年、ロールｔｏロール等のウェブハンドリング技術を応用したナノインプリントが提案されている。例えばこのようなナノインプリントは、加工対象となるシート（例えば樹脂製フィルムや無機基板等）を繰り出す繰出ロールとそのシートを巻き取る巻取ロールとの間の搬送路上に、微細な凹凸パターンを表面に有する型ロール（モールドロール或いはスタンパロールとも呼ばれる）を設け、型ロールをシートの加工面に接触させながらシートを繰出ロールから巻取ロールへと搬送するものである。これにより、連続的に効率よく、樹脂製フィルムにエンボス加工を施したり、シート上に塗布されたレジストにパターンを形成したりすることが可能となる。

ここで、上記型ロールは、通常例えば、凹凸パターンを有する型シートを、回転軸になる円筒状のロール本体に巻き付け、ロール本体を１周した型シートの向かい合う端辺同士を溶接することにより、製造される（例えば特許文献１を参照）。しかしながら、特許文献１のような方法では、型シートとロール本体の間に隙間を作らずに、型シートをロール本体にしっかりと固定することは容易ではない。

そこで、型シートをロール本体にしっかりと固定するために、特許文献２には、先に型シートを円筒状に形成し、外径を変更可能なロール本体を用いて、このロール本体を型シートの円筒内に挿入した後に外径を大きくする方法が開示されている。また、特許文献３には、ロール本体としてサクションロールを使用し、型シートを吸引しながらサクションロールに巻き付け、サクションロールを１周した型シートの向かい合う端辺同士を溶接する方法が開示されている。

特開２００７−２２９９９６号公報 特開２０１２−１１１２３８号公報 特開２００９−２２６６９８号公報

上記のように型シートをロール本体に固定する手法は様々であるが、本発明者らは、型シートのロール本体への固定の難しさは、そもそもマイクロメートルオーダーという型シートの薄さにあるという問題を見出した。つまり、型シートが非常に薄いために、型シートにシワ、折れ及び破れが生じやすくなり、型シートの取り扱いが難しくなっていると考えられる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、型ロールの製造において、型シートの取り扱いを容易にする型ロールの製造方法を提供することを目的とするものである。

さらに本発明は、上記製造方法により製造されたことにより品質が向上した型ロールを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の型ロールの製造方法は、
ロール表面に凹凸パターンを有する型ロールの製造方法において、
凹凸パターンを表面に有する型シートの上記表面及び裏面の少なくとも一方に支持体を積層する積層工程と、
支持体が積層された型シートをロール本体に巻き付け固定する巻付工程とを有するものである。

そして、本発明の型ロールの製造方法において、積層工程は、型シートの上記裏面に裏面側支持体を積層する工程を含むことが好ましい。

この場合において、裏面側支持体は粘着層を含み、巻付工程において、裏面側支持体は粘着層によってロール本体に固着されることが好ましい。そして、裏面側支持体はクッション層を含むことが好ましい。また、積層工程は、型シートの上記表面に、型シートから剥離可能に表面側支持体を積層する工程を含むことが好ましい。

さらに、積層工程が、裏面側支持体を積層する工程を含む場合において、積層工程の前に、電鋳法により、鋳型の凹凸パターンが形成された表面に型シートとしての電鋳物を形成する電鋳工程を有し、積層工程において裏面側支持体は、型シートが鋳型から剥離される前に積層されることが好ましい。

また、本発明の型ロールの製造方法において、積層工程は、型シートの上記表面に、型シートから剥離可能に表面側支持体を積層する工程を含む構成でもよい。

この場合において、表面側支持体は、型シートのロール本体に固定される部分に積層された表面側支持体の部分と、表面側支持体の他の部分との境界に切り込みを有することが好ましい。

本発明の第１の型ロールは、
ロール本体、及び
凹凸パターンを表面に有する型シートと、型シートの裏面に積層された裏面側支持体とを有する積層体を備え、
積層体は、裏面側支持体をロール本体側にして、ロール本体に巻き付けられ固定されているものである。

そして、第１の型ロールにおいて、裏面側支持体は粘着層を有し、積層体は粘着層によってロール本体に固着されていることが好ましい。この場合において、積層体は、型シートの上記表面に積層された表面側支持体を有することが好ましい。

一方、本発明の第２の型ロールは、
ロール本体、及び
凹凸パターンを表面に有する型シートと、型シートの上記表面に積層された表面側支持体とを有する積層体を備え、
積層体は、型シートをロール本体側にして、ロール本体に巻き付けられ固定されているものである。

本発明の型ロールの製造方法は、型シートの表面及び裏面の少なくとも一方に支持体を積層する積層工程と、支持体が積層された型シートをロール本体に巻き付け固定する巻付工程とを有するから、型シートの取り扱いが容易になる。

第１の実施形態に係る型ロールの製造方法の積層工程を示す概略断面図である。 第１の実施形態に係る型ロールの製造方法の巻付工程を示す概略断面図である。 第２の実施形態に係る型ロールの製造方法の積層工程を示す概略断面図である。 第３の実施形態に係る型ロールの製造方法の積層工程を示す概略断面図である。 裏面側支持体の他の実施形態を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。

「型ロールの製造方法の第１の実施形態」
まず、型ロールの製造方法の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る型ロールの製造方法の積層工程を示す概略断面図であり、図２は、第１の実施形態に係る型ロールの製造方法の巻付工程を示す概略断面図である。本実施形態に係る型ロールの製造方法は、例えば図１又は図２に示すように、型シート１１としての電鋳物を形成する電鋳工程（図１のａを参照）、型シート１１に支持体を積層する積層工程（図１のｂからｄを参照）、その積層体１５を必要な大きさに切断する切断工程（図１のeを参照）、及び、切断した積層体１５をロール本体１７に巻き付ける巻付工程（図２のa及びｂを参照）を有する。

電鋳工程では、電鋳法により、鋳型１０の凹凸パターンが形成された表面に型シート１１としての電鋳物が形成される。鋳型１０は、電鋳物を形成するための型である。鋳型の一方の表面には、型シートに形成される凹凸パターンと相補的な形状を有する凹凸パターンが形成されている。鋳型１０の材料は、例えばシリコン、石英ガラス又は金属である。なお、電鋳法を行う観点から、鋳型１０は、少なくとも凹凸パターンが形成された上記表面に導電性を有していることが好ましい。したがって、鋳型１０が金属以外の材料からなる場合には、電鋳を行う前に上記表面上に導電層が形成される。この導電層は、例えばスパッタリング法等の成膜方法により形成され、その材料は、例えば電鋳物を構成する材料と同じ金属材料が使用される。

型シート１１（つまり電鋳物）の材料は、特に制限されないが、例えばニッケル、コバルト、金、銀、銅及び鉄の少なくとも１種を含む金属であり、好ましくはニッケルである。型シート１１の厚さ（ｔμｍ）は、例えば２００μｍ以下であり、さらには１００μｍ以下である。型シート１１が薄いほど、本発明の有用性が発揮される。型シート１１を巻き付けるロール本体の直径（Ｄｍｍ）との関係では、巻き付ける際の歪みを抑制するため、２ｔ＜Ｄであることが好ましい。なお、型シートの厚さがこれらの範囲に属しているか否かの判断は、型シートの位置ごとに厚さを算出し、少なくとも一か所でその厚さが上記範囲に属している場所があるか否かにより行う。

型シート１１の表面に形成される凹凸パターンに含まれる各凸部（又は各凹部）は、例えば幅（図１における紙面左右方向の長さ）２０ｎｍ〜２０μｍ、高さ（又は深さ）（図１における紙面上下方向の長さ）２０ｎｍ〜３μｍ、及び長さ（図１における紙面垂直方向の長さ）２０ｎｍ以上である。以下、凹凸パターンが形成されている型シート１１の面を“型シートの表面”、その反対側の面を“型シートの裏面”という。型シート１１の表面には、離型処理を施してもよい。離型材料としては、特に制限されないが、フッ素系樹脂、フッ素系シランカップリング剤等のフッ素系化合物であることが好ましい。離型処理は、例えばダイキン工業株式会社製のオプツール（登録商標）を用いたディップコート法等の表面処理方法により行う。電鋳方法は公知の方法でよく、生産性の観点から、特にスルファミン酸ニッケル浴を用いた電鋳が好ましい。

積層工程では、型シート１１の形状を支持する支持体が型シート１１の表面及び／又は裏面に積層される。これにより、型シート１１が変形しにくくなり、型シート１１にシワ、折れ及び破れが生じにくくなる。支持体は、型シート１１の形状を支持できる程度の剛性を有し、かつロール本体に巻き付けることができる程度のフレキシブル性を有する材料からなる。支持体の材料としては、特に制限されないが、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やアクリルなどの樹脂材料を使用できる。また、支持体の厚さは、剛性とフレキシブル性のバランスの観点から、全体として３０〜３００μｍであることが好ましく、５０〜２００μｍであることが特に好ましい。さらに、支持体は、例えば、スピンコート法やスプレー法等の塗布法により樹脂材料を塗布する方法や、樹脂製フィルムを張り付ける方法により、型シート１１上に積層できる。このような樹脂製フィルムとしては、例えば日東電工株式会社製のＢＴ−１５０Ｅ−ＫＬ（材料：ＰＥＴ（セパレータ部分）、アクリル（粘着層部分）、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）（基材部分）、厚さ：１５０μｍ）を使用できる。

本実施形態ではまず、型シート１１が鋳型１０から剥離される前に（つまり、型シート１１が鋳型１０上に形成されたままの状態で）裏面側支持体１２が型シート１１の裏面に積層され（図１のｂを参照）、その後、型シート１１と裏面側支持体１２の積層体が鋳型１０から剥離される（図１のｃを参照）。裏面側支持体１２を積層する前に、型シート１１の裏面に研磨加工を施してもよい。次に、表面側支持体１３が型シート１１の表面に積層される（図１のｄを参照）。表面側支持体１３を積層する前に、型シート１１の表面に洗浄処理を施してもよい。洗浄処理を施した後には、型シート１１を十分に乾かすことが好ましい。

裏面側支持体１２は、型シート１１の裏面側から支持する支持体であり、表面側支持体１３は、型シート１１の表面側から支持する支持体である。また、表面側支持体１３は、型シート１１の凹凸パターンの保護という機能も果たす。裏面側支持体１２及び表面側支持体１３の材料は、互いに異なっていてもよいが、型シート１１に働く応力バランスの観点から同じ材料であることが好ましい。

裏面側支持体１２は、ロール本体１７と接触する位置に粘着層を含むことが好ましい。これにより、型シート１１及び支持体を含む積層体１５を、より強くロール本体に固着させることができる。粘着層の材料はアクリル系粘着剤であることが好ましく、例えば日東電工株式会社製の両面接着テープＬＡ−５０（材料：ポリエステル（剥離ライナー部分）、アクリル（粘着層部分）、厚さ：５０μｍ）を使用することができる。また、裏面側支持体１２はクッション層を含むことが好ましい。これにより、剛性が高い無機基板（例えばシリコン基板やサファイア基板）にパターンを転写する場合に、無機基板にうねりがあっても、クッション層のクッション性により型シート１１と無機基板との密着を確保することができ、適切にパターンを転写できる。クッション層の材料はフッ素系ゴムであることが好ましく、その厚さは０．１〜１ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、裏面側支持体１２は、１層で粘着層とクッション層の両方を兼ねているとする。

一方、表面側支持体１３は、型シート１１と接触する位置に剥離可能な粘着層を含むことが好ましい。これにより、表面側支持体１３を型シート１１から剥がしたときに、粘着剤の残渣を抑制できる。このような表面側支持体としては、日東電工株式会社製の上記ＢＴ−１５０Ｅ−ＫＬ又はＥＬＰ−ＢＴ−１３０Ｅ−ＳＬ（材料：ＰＥＴ（剥離ライナー部分）、アクリル（粘着層部分）、ＥＶＡ（基材部分）、厚さ：１３０μｍ）を使用できる。また、表面側支持体１３は、型シート１１のロール本体１７に固定される部分（すなわち、実際に固定処理（例えば溶接やはんだ付け）が施される部分）に積層された表面側支持体１３の部分（図１のｆにおける端部Ｅ１及びＥ２）と、この表面側支持体１３の他の部分との境界に切り込み１３ａを有することが好ましい。これにより、型シート１１をロール本体１７に巻き付けて、ロール本体１７を１周して向かい合う端部Ｅ１及びＥ２を固定する場合に、表面側支持体１３のうち、その固定作業の邪魔になる部分のみを取り除くことができ、表面側支持体１３の支持機能及び保護機能の損失を抑制できる。切り込み１３ａを形成する位置は、固定処理を施す型シート１１の位置に応じて設定される。また、切り込み１３ａは例えば直線状又は点線状に入れられ、その深さは適宜調整される。

切断工程では、型シート１１及び支持体を含む積層体１５が、ロール本体１７に巻き付けるのに適した所望の大きさ及び形状になるように切断される。切断方法は特に限定されないが、抜型を用いた切断でもよいし、レーザ光を用いた切断でもよい。図１のｅは、レーザ光Ｌを用いて切断する様子を示している。

巻付工程では、型シート１１の裏面が内側になるように、型シート１１を含む積層体１５がロール本体１７に巻き付けられ固定される。ロール本体１７の直径は、例えば２００ｍｍ以下であり、さらには１００ｍｍ以下である。ロール本体１７が細いほど、本発明の有用性が発揮される。固定処理を行うタイミングは、特に制限されず、巻き付けた後に両端Ｅ１及びＥ２をレーザ光Ｌで溶接してロール本体１７に固定する方法でもよいし、まず端部Ｅ１をレーザ光Ｌで溶接して固定し、その固定位置を基準にして型シート１１をロール本体１７に巻き付け、最後に端部Ｅ２を溶接固定する方法でもよい（図２のａ及びｂを参照）。表面側支持体１３の切り込み１３ａを利用して表面側支持体１３を部分的に取り除く場合には、当該部分を取り除くタイミングは、型シート１１を巻き付ける前でもよいし後でもよい。また、積層体１５の固定は吸引固定でもよい。また、裏面側支持体１２が粘着層を有する場合には固定処理はしなくてもよい。図２のｂでは、型シート１１の長さとロール本体１７の周の長さが一致する（つまり、端部Ｅ１及びＥ２が１周してつながる）場合について表しているが、これらの長さは必ずしも一致する必要はない。

巻付工程を終えると、図２のｃのような型ロール１９が得られる。つまり、この型ロール１９は、ロール本体１７、及び、凹凸パターン１１ａを表面に有する型シート１１と、型シート１１の裏面に積層された裏面側支持体１２と、型シート１１の表面に積層された表面側支持体１３とを有する積層体１５を備える。ここで、積層体１５は、裏面側支持体１２をロール本体１７側にして、ロール本体１７に巻き付けられ固定されている。

以上のように、本実施形態の型ロールの製造方法は、型シートの表面及び裏面に支持体を積層する積層工程と、支持体が積層された型シートをロール本体に巻き付け固定する巻付工程とを有することを特徴とする。型シートが支持体に支えられたことにより、型シートにシワ、折れ及び破れが生じにくくなる。この結果、型シートの取り扱いが容易になる。そして、型シートの取り扱いが容易になったことにより、型シートのロール本体への固定も従来より容易になる。

また、本実施形態に係る製造方法により製造された型ロールは、シワ、折れ及び破れが生じにくくなったため、従来よりも高品質となる。

「型ロールの製造方法の第２の実施形態」
次に、型ロールの製造方法の第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態に係る型ロールの製造方法の積層工程を示す概略断面図である。本実施形態に係る型ロールの製造方法は、主に型シートの表面のみに支持体を積層する点で、第１の実施形態に係る型ロールの製造方法と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素の詳細な説明は特に必要がない限り省略する。

本実施形態に係る型ロールの製造方法は、例えば図３に示すように、型シート２１としての電鋳物を形成する電鋳工程（図３のａを参照）、型シート２１の表面に表面側支持体２３を積層する積層工程（図３のｃを参照）、その積層体２５を必要な大きさに切断する切断工程（図３のｄを参照）、及び、切断した積層体２５をロール本体に巻き付ける巻付工程を有する。電鋳工程及び切断工程は第１の実施形態と同様である。

積層工程では、型シート２１が鋳型２０から剥離された後（図３のｂを参照）、型シート２１の表面に表面側支持体２３が形成される。表面側支持体２３には切り込み２３ａが設けられている。

巻付工程では、型シート２１の裏面が内側になるように、型シート２１を含む積層体２５（図３のｅを参照）がロール本体に巻き付けられ固定される。積層体２５は、例えば粘着剤及び／又は固定処理によりロール本体に固定される。

巻付工程を終えると型ロールが得られる。つまり、本実施形態に係る型ロールは、ロール本体、及び、凹凸パターンを表面に有する型シート２１と、型シート２１の表面に積層された表面側支持体２３とを有する積層体２５を備える。ここで、積層体２５は、型シート２１をロール本体側にして、ロール本体に巻き付けられ固定されている。

以上のように、本実施形態の型ロールの製造方法も、型シートに支持体を積層する積層工程と、支持体が積層された型シートをロール本体に巻き付け固定する巻付工程とを有することを特徴とする。型シートが支持体に支えられたことにより、型シートにシワ、折れ及び破れが生じにくくなるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態に係る製造方法により製造された型ロールも、シワ、折れ及び破れが生じにくくなったため、従来よりも高品質となる。

「型ロールの製造方法の第３の実施形態」
次に、型ロールの製造方法の第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態に係る型ロールの製造方法の積層工程を示す概略断面図である。本実施形態に係る型ロールの製造方法は、主に型シートの裏面のみに支持体を積層する点で、第１の実施形態に係る型ロールの製造方法と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素の詳細な説明は特に必要がない限り省略する。

本実施形態に係る型ロールの製造方法は、例えば図４に示すように、型シート３１としての電鋳物を形成する電鋳工程、型シート３１の裏面に裏面側支持体３２を積層する積層工程（図４のａを参照）、その積層体３５を必要な大きさに切断する切断工程（図４のｃを参照）、及び、切断した積層体３５をロール本体に巻き付ける巻付工程を有する。電鋳工程及び切断工程は第１の実施形態と同様である。

積層工程では、型シート３１が鋳型３０から剥離される前に、型シート３１の裏面に裏面側支持体３２が形成される（図４のａを参照）。そして、型シート３１及び裏面側支持体３２からなる積層体３５が鋳型３０から剥離された後（図４のｂを参照）、切断工程に移る。切断工程の前に、型シート３１の表面に洗浄処理を施してもよい。

巻付工程では、型シート３１の裏面が内側になるように、型シート３１を含む積層体３５（図４のｄを参照）がロール本体に巻き付けられ固定される。積層体３５は、第１の実施形態と同様に、例えば裏面側支持体３２の粘着層及び／又は固定処理によりロール本体に固定される。

巻付工程を終えると型ロールが得られる。つまり、本実施形態に係る型ロールは、ロール本体、及び、凹凸パターンを表面に有する型シート３１と、型シート３１の裏面に積層された裏面側支持体３２とを有する積層体３５を備える。ここで、積層体３５は、裏面側支持体３２をロール本体側にして、ロール本体に巻き付けられ固定されている。

以上のように、本実施形態の型ロールの製造方法も、型シートに支持体を積層する積層工程と、支持体が積層された型シートをロール本体に巻き付け固定する巻付工程とを有することを特徴とする。型シートが支持体に支えられたことにより、型シートにシワ、折れ及び破れが生じにくくなるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態に係る製造方法により製造された型ロールも、シワ、折れ及び破れが生じにくくなったため、従来よりも高品質となる。

＜他の実施形態＞
第１の実施形態では、１つの層が支持機能及びクッション機能の両方を果たす場合について説明したが、本発明ではこれに限られない。つまり、本発明の裏面側支持体においては、粘着層とクッション層は互いに分離されていてもよい。図５は、裏面側支持体の他の実施形態を示す概略断面図である。図５の裏面側支持体４２は、クッション層４２ａ及び粘着層４２ｂからなる２層構造を有する。そして、型シート４１、裏面側支持体４２及び表面側支持体４３からなる積層体４５がロール本体に巻き付けられる場合には、積層体４５は、この粘着層４２ｂによりロール本体に固定される。また、裏面側支持体は、型シート側から順に粘着層、クッション層及び粘着層からなる３層構造を有してもよいし、それ以上の多層構造を有してもよい。

１０ 鋳型
１１ 型シート
１１ａ 凹凸パターン
１２ 裏面側支持体
１３ 表面側支持体
１５ 積層体
１７ ロール本体
１９ 型ロール
２０ 鋳型
２１ 型シート
２３ 表面側支持体
２５ 積層体
３０ 鋳型
３１ 型シート
３２ 裏面側支持体
３５ 積層体
４１ 型シート
４２ 裏面側支持体
４２ａ クッション層
４２ｂ 粘着層
４３ 表面側支持体
４５ 積層体
Ｌ レーザ光

Claims (10)

1. ロール表面に凹凸パターンを有する型ロールの製造方法において、
   前記凹凸パターンを表面に有する型シートの裏面にクッション層を含む裏面側支持体を積層する積層工程と、
   前記裏面側支持体が積層された前記型シートをロール本体に巻き付ける巻付工程と、
   前記型シートに前記裏面側支持体を積層した積層体の前記ロール本体への巻き付け始端部を前記ロール本体に固定する始端部固定工程と、
   前記積層体の前記ロール本体への巻き付け終端部を前記ロール本体に固定する終端部固定工程とを有する型ロールの製造方法。
2. 前記始端部固定工程の後に、前記巻付工程を実施し、最後に前記終端部固定工程を実施する請求項１記載の型ロールの製造方法。
3. 前記巻付工程の後に、前記始端部固定工程と前記終端部固定工程とを実施する請求項１記載の型ロールの製造方法。
4. 前記裏面側支持体は粘着層を含み、
   前記巻付工程において、前記裏面側支持体は前記粘着層によって前記ロール本体に固着される請求項１から３いずれか１項に記載の型ロールの製造方法。
5. 前記積層工程は、前記型シートの前記表面に、前記型シートから剥離可能に表面側支持体を積層する工程を含む請求項１から４いずれか１項に記載の型ロールの製造方法。
6. 前記表面側支持体は、前記積層体の前記ロール本体に固定された前記始端部および前記終端部の上に積層された部分と、前記積層体の前記始端部および前記終端部以外の上に積層された部分との境界に切り込みを有する請求項５に記載の型ロールの製造方法。
7. 前記積層工程の前に、電鋳法により、鋳型の凹凸パターンが形成された表面に前記型シートとしての電鋳物を形成する電鋳工程を有し、
   前記積層工程において前記裏面側支持体は、前記型シートが前記鋳型から剥離される前に積層される請求項１から６いずれか１項に記載の型ロールの製造方法。
8. ロール本体、及び
   凹凸パターンを表面に有する型シートと、該型シートの裏面に積層された、クッション層を含む裏面側支持体とを有する積層体を備え、
   前記積層体は、前記裏面側支持体を前記ロール本体側にして、該ロール本体に巻き付けられ、前記積層体の前記ロール本体への巻き付け始端部と巻き付け終端部とが、前記ロール本体に溶接固定されている型ロール。
9. 前記裏面側支持体は粘着層を有し、
   前記積層体は前記粘着層によって前記ロール本体に固着されている請求項８に記載の型ロール。
10. 前記積層体は、前記型シートの前記表面に積層された表面側支持体を有する請求項８又は９に記載の型ロール。