JP6311395B2

JP6311395B2 - 凹凸構造フィルムの製造方法および製造装置

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Publication number: JP6311395B2
Application number: JP2014067698A
Authority: JP
Inventors: 誠廣藤; 惠太和田; 箕浦　潔; 潔箕浦
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015189072A

Description

本発明は、熱可塑性フィルムの表面に微細な凹凸パターンを成形することにより凹凸構造フィルムを製造する方法およびその製造装置に関する。本方法により得られた凹凸構造フィルムは、拡散、集光、反射、透過等の光学的な機能を有する光学フィルム等、ミクロンサイズからナノサイズの凹凸構造をその表面に必要とする部材として用いられる。

プリズムシート、光拡散シート、レンズシート等の光学フィルムの製造方法として、表面に凹凸構造が形成されている金型の表面に、フィルムを加圧し、フィルムの表面に前記金型の凹凸構造を成形する方法がある。かかる方法は、長尺の熱可塑性材料からなるフィルムに適用可能である。例えば、特許文献１、特許文献２では、ロール状の長尺のフィルムに対して、間欠的に凹凸構造を形成する装置及び方法が記載されている。これらの装置および方法では、巻出ロールからプレスユニット内へと供給したフィルムを凹凸構造が表面に形成された金型で加圧することにより、フィルム表面に金型表面の凹凸構造を成形する。なお、加圧により成形するときは、フィルムを構成する樹脂のガラス転移点以上までフィルムを加熱することにより、フィルムを軟化させて成形性を向上させる。成形完了後は圧力を開放するとともに、フィルムに一定の張力を付加して金型表面よりフィルムを剥離する。その後、フィルムを下流側へ送り、次に成形するフィルムを金型表面に供給し、加圧による成形を繰り返す。

また、巻き出しから成形工程を経て巻き取りまで連続的に処理する装置も提案されている。例えば、特許文献３では、凹凸構造を表面に形成したエンドレスベルトからなる金型を適用して、加熱した前記金型に熱可塑性樹脂からなるフィルムを加圧してフィルム表面に凹凸構造を成形した後、前記金型を冷却してからフィルムを剥離する方法が記載されている。前記金型の加熱および冷却は、エンドレスベルトからなる前記金型を加熱ロールおよび冷却ロールと接触させることにより行われ、フィルムへの凹凸構造の成形は、加熱ロールと、加熱ロールと対向するニップロールとの間にエンドレスベルトからなる前記金型とフィルムを加圧することにより行われている。この構造では、成形時の温度と、剥離時の温度をそれぞれ独立に制御できるので、成形時の前記金型の温度を高く設定しても、剥離性が問題とならず、高い精度での凹凸構造の成形が可能である。

特開２００５−１９９４５５号公報特開２００５−３１０２８６号公報特開２００８−２６０２６８号公報

しかしながら、特許文献１、２、３に記載の凹凸構造フィルムの製造方法では、加圧の際、金型のパターン近傍とフィルムとの間にエアが残って、成形後にエアの噛み込み部でパターンの欠けや、表面の平面性不良といった成形不良を引き起こす問題が発生することがわかった。

本発明の目的はこれらの問題を解決することであり、熱可塑性樹脂からなるフィルムに、表面に凹凸構造を形成した金型を押し当てて、フィルムの表面に凹凸構造を成形する凹凸構造フィルムの製造方法および製造装置において、金型とフィルムとの間でのエアの噛み込みを抑制し、高い生産性で高精度なフィルムを製造することができる凹凸構造フィルムの製造方法および製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。すなわち、
（１）
凹凸構造が形成された金型の表面にフィルムを供給する供給工程と、
前記金型に前記フィルムを接触させ加圧することにより、前記フィルムの少なくとも一方の面に前記金型の表面の形状に対応する形状を成形する成形工程と、
成形後の前記フィルムを前記金型から離型して搬送する離型工程と、
を少なくとも含む凹凸構造フィルムの成形方法であって、
供給工程と成形工程との間に前記フィルム表面を粗面化する表面粗面化工程を含み、
該表面粗面化工程通過後の前記フィルム表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１０μｍかつ、前記フィルム表面の凹凸形状の高さが前記金型の凹凸構造の高さの１／２０〜１／５であること
を特徴とする凹凸構造フィルムの製造方法。
（２）
前記表面粗面化工程が、
フィルム搬送方向にわたってフィルムを連続的に供給しながら粗面化を行うこと
を特徴とする（１）に記載の凹凸構造フィルムの製造方法。
（３）
前記金型に形成された凹凸構造が少なくとも離散凹構造を含むこと
を特徴とする（１）または（２）に記載の凹凸構造フィルムの製造方法。
（４）
前記表面粗面化工程が
少なくとも表面を粗面化した型の表面にフィルムを加熱および加圧して行うことを含むこと
を特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の凹凸構造フィルムの製造方法。
（５）
凹凸構造が形成された金型と、
前記金型の表面にフィルムを加圧するプレス装置と、
前記金型の表面からフィルムを離型する離型装置と、
フィルムを搬送する搬送装置と、
を少なくとも含む凹凸構造フィルムの製造装置において、
前記プレス装置へのフィルム搬送方向上流側に前記金型と接触するフィルム表面を粗面化する表面粗面化手段を有し、
該表面粗面化工程通過後の前記フィルム表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１０μｍかつ、前記フィルム表面の凹凸形状の高さが前記金型の凹凸構造の高さの１／２０〜１／５であること
を特徴とする凹凸構造フィルムの製造装置。
（６）
前記金型に形成された凹凸構造が少なくとも離散凹構造を含むこと
を特徴とする（５）に記載の凹凸構造フィルムの製造装置。
（７）
前記表面粗面化手段が少なくとも表面を粗面化した型の表面にフィルムを加熱および加圧する機構を備えたプレス型表面粗面化手段であること
を特徴とする（５）または（６）に記載の凹凸構造フィルムの製造装置。
（８）
前記プレス型表面粗面化手段が少なくとも表面を粗面化した型を有するエンボスロールとニップロールとを有する装置であること
を特徴とする（７）に記載の凹凸構造フィルムの製造装置。

熱可塑性樹脂からなるフィルムに、表面に凹凸構造を形成した金型を押し当てて、フィルムの表面に凹凸構造を成形する凹凸構造フィルムの製造方法および製造装置において、フィルム表面を粗面化することにより金型からの成形時のエアの逃げ道を確保して金型とフィルムとの間でのエアの噛み込みを抑制させることで、高い生産性で高精度な凹凸構造を有するフィルムを製造することができる。

本発明を適用した凹凸構造フィルム製造装置の一実施形態を、フィルム幅方向から見た概略断面図である。本発明の凹凸構造フィルムの製造装置における表面粗面化手段の一実施形態を、フィルム幅方向から見た概略断面図である。本発明を適用した凹凸構造フィルム製造装置の別の一実施形態を、フィルム幅方向から見た概略断面図である。

本発明の凹凸構造フィルムの製造装置は、凹凸構造が形成された金型と、前記金型の表面にフィルムを加圧するプレス装置と、前記金型の表面からフィルムを離型する離型装置と、フィルムを搬送する搬送装置と、を少なくとも含む凹凸構造フィルムの製造装置において、前記プレス装置へのフィルム搬送方向上流側に前記金型と接触するフィルム表面を粗面化する表面粗面化手段を有することを特徴とする凹凸構造フィルムの製造装置である。

本発明の凹凸構造フィルムの製造装置１の一実施形態を、図１を用いて説明する。

図１に示すように、本発明の第１の凹凸構造フィルムの製造装置１は、上記のプレス装置たるプレスユニット１０と、上記の搬送装置たる巻出ユニット５０と巻取ユニット６０と、上記の表面粗面化手段たるフィルム表面粗面化手段９１と、上記の離型装置たる表面に凹凸構造が形成された金型３に密着したフィルム２を離型し、次に成形するフィルム２を供給するための剥離手段２０と、金型を加熱、冷却するための図示されていないヒーターユニットと冷却ユニットと、を備えている。

凹凸構造フィルムの製造装置１の動作としては、巻出ユニット５０でロール状に巻き取られたフィルム２が巻き出される。続いて、プレスユニット１０のフィルム搬送方向８１の上流側にあるフィルム表面粗面化手段９１にて、フィルム２の表面２ａの表面粗面化が行われる。その後、プレスユニット１０で金型３の凹凸構造が加工された表面３ａに押しつけられて、フィルム２の表面２ａに金型３の表面の凹凸構造に対応する形状、つまり金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造が成形される。その後、フィルム２は金型３から離型され、巻取ユニット６０に向かって搬送されつつ、次に成形されるフィルム２が金型３に供給される。この動作を１サイクルとして、成形、離型、搬送が順次に繰り返されて行われる。

表面が粗面化されていない平坦なフィルムでは、フィルム２が金型３の表面３ａに押しつけられる際に、フィルム２のたわみなどにより、フィルム２と金型３の間にエアが残りやすく、特に金型３の凹凸構造に凹部で顕著に発生する。この状態でフィルム２が加熱されガラス転移点よりも高い温度になるとフィルム２が軟化し、フィルム２は金型３の表面の凹凸構造に対応する形状、つまり金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造に形成されていく。このときフィルム２と金型３の間に残ったエアは、フィルム２と金型３の間のわずかな隙間を通って金型３から外に逃げ出していくが、エアの周辺のフィルム２と金型３が完全に密着すると、エアは逃げ道を失い、フィルム２と金型３の間に残ったまま（エアの噛み込み）となる。成形後、エアが残った箇所にはエアによりフィルム２に凹形状が発生し、成形不良となる場合がある。

そこで、予めフィルム２の表面２ａの表面粗面化を行うことで、フィルム２が金型３の表面３ａに押しつけられた直後には、表面粗面化の際に金型３とフィルム２の間にわずかに隙間ができ、金型３内部に残ったエアはその隙間を通って金型３から外に逃げだすことが可能となるため、フィルム２と金型３の間にエアが残ることを抑制できる。一方、成形後には表面粗面化を行ったフィルム２の表面２ａには金型３の表面の凹凸構造に対応する形状、つまり金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造が成形され、粗面状態は解消する。

本発明の主たる部分である表面粗面化手段９１の一実施形態について図面を用いて説明する。

表面粗面化とはフィルム２の表面２ａに凹凸形状を成形することをいう。また、表面粗面化を行うフィルム表面は、金型３と接触するフィルム表面が好ましい。

フィルム表面粗面化手段９１としてはレーザー光発生装置を備えフィルム表面にレーザー光を照射してフィルム２の表面２ａを粗面化する表面粗面化レーザー光照射ユニットからなるものなどがあるが、表面粗面化手段が少なくとも表面を粗面化した型の表面にフィルムを加熱および加圧する機構を備えたプレス型表面粗面化手段であることが好ましい。さらに好ましくは、プレス型表面粗面化手段が少なくとも表面を粗面化した型を有するエンボスロールとニップロールとを有する装置であることが好ましい。

エンボスロールとニップロールとを有するプレス型表面粗面化手段の一実施形態を、図２を用いて説明する。

図２に示す表面粗面化手段９１は、少なくとも表面を粗面化した型を有するエンボスロールとニップロールとを有するプレス型表面粗面化手段として、表面にフィルム２の表面２ａの表面粗面化を行うための凹凸形状が形成されたエンボスロール２６４と、エンボスロール２６４と平行に配置され、フィルム２を加圧成形する表面に弾性体の層２６０を有するニップロール２５６と、挟圧手段としてフィルム２を加圧するために、エンボスロール２６４とニップロール２５６の少なくともどちらか一方に接続された加圧機構２６２と、ガイドロールからなる表面粗面化用プレスユニット２５１で構成される。

また、フィルム２を搬送するため、ニップロール２５６および／またはエンボスロール２６４を回転駆動する駆動装置を備えていてもよい。さらに、必要に応じて図示されていないガイドロールを１本ないしは複数本備えていてもよい。さらに、ニップロール２５６および／またはエンボスロール２６４には温度調整機構を有している。また、ニップロール２５６とエンボスロール２６４に対してフィルム搬送方向８１の上流側にフィルム２を温度調整する図示していない温度調整機構を有していてもよい。

図２に示す表面粗面化手段９１の動作は以下の通りである。まず、巻出ロール５９より巻き出されたフィルム２を、表面粗面化用プレスユニット２５１のエンボスロール２６４に供給する。供給されたフィルム２は、ニップロール２５６によりエンボスロール２６４の表面に形成された凹凸形状に押し付けられ、フィルム２の表面２ａにエンボスロール表面に形成された凹凸形状に対応する形状、すなわちエンボスロール表面に形成された凹凸形状とは逆パターンの凹凸構造が成形される。その後、フィルム２はプレスユニット１０へと搬送される。

ここで、表面粗面化工程において、表面粗面化工程通過後の前記フィルム表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１０μｍであることが好ましい。０．１〜１０μｍであればエア逃げがしやすく、フィルムにシワが入りにくくなるため好ましい。

続いて、各構成部材の構造について説明する。

ニップロール２５６は芯層の外表面に弾性体の層２６０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２６０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２６１によって回転可能なように支持されており、さらに軸受２６１は、シリンダなどの加圧機構２６２と接続されている。ニップロール２５６はこの加圧機構２６２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。

ニップロール２５６の加工精度は、ＪＩＳＢ０６２１（改訂年１９８４）にて定義される円筒度公差において０．０３ｍｍ以下、円周振れ公差において０．０３ｍｍ以下であることが好ましい。これらの値が０．０３ｍｍを超えると、加圧時のエンボスロール２６４とニップロール２５６の間に部分的な隙間ができるため、フィルム２を均一に加圧できなくなり、フィルム２の表面２ａで凹凸形状の成形性の低下が生じる場合がある。また、弾性体の層２６０の表面粗さは、ＪＩＳＢ０６０１（改訂年２００１）にて定義される、算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下のものが好ましい。Ｒａが１．６μｍを超えると、加圧時にフィルム２の表面２ａの反対側の面に、弾性体の層２６０の表面形状が成形してしまう場合があるためである。

ニップロール２５６の弾性体の層２６０の耐熱性は、１６０℃以上の耐熱温度を有するものが好ましく、さらに好ましくは１８０℃以上の耐熱温度を有するものである。ここで耐熱温度とはその温度で２４時間放置したときの引張強さの変化率が１０％を超えるときの温度を言う。

弾性体の層２６０の材質としては、例えばゴムを用いる場合には、シリコーンゴムやＥＤＰＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ネオプレン、ＣＳＭ（クロロスルホン化ポリエチレンゴム）、ウレタンゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、エボナイトなどを用いることができる。更に高い弾性率と硬度を求める場合には、カレンダーローラ用樹脂としてゴムメーカ各社から販売されている上記ゴムに特殊な処方を用いたものや、じん性を向上させた硬質耐圧樹脂（例：ポリエステル樹脂）を用いることができる。

ニップロール２５６のロール径は特に制限されるものではないが、ニップロール２５６の軸方向の長さや質量などによって異なる適切な強度を確保できる最低限のロール径を有しつつ、さらに２００ｍｍ以下とすることが好ましい。２００ｍｍより大きくなるとフィルム搬送方向の加圧長さが長くなるために、フィルム２がエンボスロール２６４の凹凸構造が形成された面３ａに押し付けられる圧力が低下し、表面粗面化における凹凸構造の成形に必要な加圧時間が確保できない場合がある。

なお、ニップロール２５６を支持する軸受２６１は、そのロールの質量や受ける負荷、回転速度などに応じて設計される。

次に、ニップロール２５６とフィルムを挟んで対向するエンボスロール２６４について説明する。エンボスロール２６４はニップ時に荷重を受けるので、強度および加工精度が求められ、さらに加熱装置を含むことが好ましい。材質としては、例えば鋼や繊維強化樹脂、セラミックス、アルミ合金などが挙げられる。

エンボスロール２６４のロール径は、特に限定されるものではないが２００〜５００ｍｍが好ましい。２００ｍｍ未満では、ニップロールとの間で十分な加圧長さを確保できなくなり、表面粗面化が不十分となる場合がある。一方、５００ｍｍより大きくなると、加工精度が低下したり、エンボスロール２６４自身の自重によりエンボスロール２６４自身が変形しやすくなったり、製作コストが多大となったりする場合がある。

ニップロール２５６はエンボスロール２６４と平行に配置されることが好ましい。

エンボスロール２６４の加工精度も、前述したニップロール２５６と同じく、ＪＩＳＢ０６２１（改訂年１９８４）にて定義される円筒度公差において０．０３ｍｍ以下、円周振れ公差において０．０３ｍｍ以下であることが好ましい。これらの値が０．０３ｍｍより大きくなると、加圧時のエンボスロール２６４とニップロール２５６の間に部分的な隙間ができるため、フィルム２を均一に加圧できなくなり、フィルム２の表面２ａで成形性の低下が生じる場合がある。

なお、図２では表面粗面化手段９１において表面粗面化用プレスユニット２５１は１組であるが、例えばフィルム搬送方向８１に向かって表面粗面化用プレスユニット２５１を複数設置してもよい。

続いて、エンボスロール２６４の表面２６４ａに形成する凹凸形状の好ましい形態について説明する。エンボスロール２６４の表面２６４ａに形成する凹凸形状は表面粗面化手段９１においてフィルム２の表面３０２ａに表面粗面化によって成形したい凹凸形状とは逆パターンである。

エンボスロール２６４の表面２６４ａに凹凸形状を形成する方法としては、ロール表面に直接切削やレーザー加工やサンドブラスト加工などにより凹凸を成形する方法、金属ベルトの表面に形成した鍍金皮膜表面に直接切削やレーザー加工やサンドブラスト加工などにより凹凸を成形する方法、金属ベルトの表面に機械加工、レーザー加工、フォトリソグラフィー、電子線描画方法等のほか、既にある凹凸形状を有する原版を元にして電気鋳造を施す方法などによって凹凸構造面が形成された薄板を連続して貼り付ける方法などが挙げられる。

ここで、エンボスロール２６４の表面２６４ａに凹凸形状、エッチング処理、あるいは研磨処理により形成することが好ましい。エンボスロール２６４の表面にエッチング処理または研磨処理した凹凸形状を成形する方法としては、ロール表面の周方向表面にエッチング処理あるいは研磨処理を行う方法、エッチング処理または研磨処理を行ったベルト状の薄板を、エッチング処理をした面、または研磨処理をした面が外側になるようにしてロールに嵌合する方法、エッチング処理または研磨処理をした薄板をロール表面に貼り付けてエンボスロール２６４とする方法などが挙げられる。エッチング処理あるいは研磨処理により凹凸形状を形成することで、凹凸をランダムに発生させることができるため、金型３を使って成形する際の金型３の外部へのエアの逃げ道が複数確保されて、エアの噛み込みを抑制する効果を高めることが可能となる。さらに、エッチングあるいは研磨により製作することで、直接切削やレーザー加工を施す方法などに比べて安価にエンボスロール２６４を製作することができる。エッチングあるいは研磨の条件については使用するエンボスロール２６４の材質や成形したい凹凸形状に応じて適宜自由に決めればよい。

エンボスロール２６４の表面２６４ａに形成する凹凸形状は規則的である必要はなくランダムであってもよい。凹凸形状は、フィルム２の表面２ａに形成された金型３の表面の形状に対応する形状、すなわち金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造によって適宜最適化すればよいが、好ましくはＪＩＳＢ０６０１（改訂年２００１）にて定義される、算術平均粗さＲａが０．１〜１０μｍ、より好ましくは、算術平均粗さＲａが０．１〜１０μｍ、かつ、金型３の凹凸構造の高さ（単位μｍ）の１／２０〜１／５とすることが好ましい。Ｒａが０．１μｍ未満では成形時にエアを逃がす効果が低下し、金型３とフィルム２エアの噛み込みが発生しやすくなる場合がある。一方、Ｒａが１０μｍを超えると、成形時に完全に金型３の凹凸構造に対応する構造がフィルム２の表面２ａに成形されず、エンボスロール２６４の表面２６４ａに形成する凹凸形状によって成形された凹凸形状の影響が残る場合がある。

エンボスロール２６４の表面２６４ａに形成された凹凸形状をフィルム２の表面２ａに押し付けることにより、フィルム２の表面２ａには常に安定した凹凸構造を形成することができるようになるため、安定してエアの噛み込み抑制することができる。

ニップロール２５６および／またはエンボスロール２６４に設ける温度調整機構は、ロール内部を中空にしてカートリッジヒーターや誘導加熱装置を設置したり、内部に流路を加工して油や水、蒸気等の熱媒を流したりすることにより、ロール内部から加熱する構造でもよい。また、ロール外表面付近に赤外線加熱ヒーターや誘導加熱装置を設置して、ロール外表面から加熱する構造でもよい。また、この限りではなく、その他の構造であってもよい。また、ニップロール２５６とエンボスロール２６４に対してフィルム搬送方向８１の上流側にフィルム２を温度調整する温度調整機構としては、例えば、フィルム２の近傍に赤外線加熱ヒーターを設置する構造や、ニップロール２５６および／またはエンボスロール２６４と同様の温度調整機構を有するロールに抱きつかせる構造が挙げられるが、この限りではなく、そのほかの構造であってもよい。

これらの好ましい加圧条件について以下に説明する。

また、両ロールの加圧時のたわみ量の合計は、フィルム２が加圧される領域の幅をＷとしたときに、フィルム２の加圧領域の幅方向長さＷ内において５０μｍ以下とすることが好ましく、３０μｍ以下とすることがより好ましい。たわみ量が５０μｍ超となると、ニップロール２５６の弾性体の層２６０が変形に追従しきれなくなり、フィルム２に負荷される加圧力が不均一となる場合がある。

好ましい加圧力は、加圧機構２６２によりニップロール２５６に与えられる力をＰとしたときに、単位幅あたりに加わるニップ荷重を示すＰ／Ｗで定義される線圧の値の範囲を１ｋＮ／ｍ以上とすることが好ましい。

表面粗面化手段９１がプレス型表面粗面化手段であることによりフィルムの被成形面表面に強制的に表面粗面化手段の凹凸形状に応じた形状を成形させることができるため、常に安定して目標の表面粗面化を行うことができるようになる。さらに、表面粗面化手段としてエンボスロールとニップロールとからなる構造を有するプレス型表面粗度面化手段を適用することで、フィルム２の表面２ａを連続的に安定して粗面化することが可能となるため、金型３で凹凸構造を成形する際に、フィルム２がフィルム搬送方向８１の方向に位置ずれを起こしてフィルム２の表面２ａで表面を粗面化していない箇所を成形して、エアの噛み込みによる成形不良が発生することを防ぐことが可能となる。

以下に、表面粗面化手段以外の装置構造について図１を用いて説明する。

プレスユニット１０は、加圧プレート（上）１４ａが支柱１１をガイドにして昇降移動できるように、プレスシリンダー１２に連結されている。支柱１１はフレーム（上）１６ａとフレーム（下）１６ｂに挟まれるように配設されている。加圧プレート（上）１４ａの下面には温度調整プレート（上）１５ａが取り付けられている。一方、加圧プレート（下）１４ｂの上面には温度調整プレート（下）１５ｂが取り付けられている。各温度調整プレートには、それぞれ、図示されていない加熱ユニット、冷却ユニットが配管、配線等を介して接続されている。そして、金型３は温度調整プレート（下）１５ｂの上側表面に取り付けられて、温度調整プレート（下）１５ｂを介して、加熱、冷却制御される。なお、金型３は温度調整プレート（上）１５ａの下面に取り付けられてもよい。

プレスシリンダー１２は、図示されていない油圧ポンプとオイルタンクに接続されており、油圧ポンプにより加圧プレート（上）１４ａの昇降動作および、加圧力の制御を行う。また、本実施形態では油圧方式のプレスシリンダー１２を適用しているが、加圧力を制御できる機構であれば、いかなるものでもよい。圧力範囲は０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａの範囲で、適用する成形材料やパターン形状に合わせて制御する。

図示されていない加熱ユニットは、温度調整プレート（上）１５ａ、（下）１５ｂをアルミ合金とし、プレート内に鋳込んだ電熱ヒーターにより制御するものや、温度調整プレート内に鋳込んだ銅あるいはステンレス配管、もしくは、機械加工により加工した穴の内部に加熱された水等の熱媒体を流すことにより加熱制御するものでよい。さらには両者を組み合わせた装置構成でもよい。また、金型に直接、熱媒配管ラインを加工し、金型を直接温度調整するようにしてもよい。

図示されていない冷却ユニットは、温度調整プレート（上）１５ａ、（下）１５ｂに鋳込んだ銅あるいはステンレス配管、もしくは機械加工により加工した穴の内部に冷却された水等の冷媒体を流すことにより冷却制御する。

巻出ユニット５０は巻出ロール回転手段５１と、引出バッファ部５３と、ガイドロールと、から構成される。巻取ユニット６０は巻取ロール回転手段６１と、巻取バッファ部６３と、搬送駆動ロール６４と、フィルム固定部４４、４５と、ガイドロールと、から構成される。

引出バッファ部５３、巻取バッファ部６３はそれぞれボックス５５、６６とこれらに接続された吸引排気手段５６、６７から構成され、ボックス５５、６６内に挿入されたフィルム２の表裏面で圧力差を与えることにより、一定の張力を付与するとともにボックス５５、６６内でフィルム２を弛ませて保持する。

搬送駆動ロール６４は図示されていないモーター等の回転駆動手段に連結されて、成形後のフィルム２を搬送する時にはニップロール６４ａが搬送駆動ロール６４に近接し、フィルム２を挟み、搬送駆動ロール６４にてトルク制御を行いながらフィルム２を一定張力のもとで搬送する。

また、本発明に適用するフィルム２の好ましい厚さ（厚み、膜厚）としては、図１に示すようにロール状に巻かれたフィルム２を成形するのであれば、０．０１〜１ｍｍの範囲であることが好ましい。０．０１ｍｍ未満では成形するのに十分な厚みがなく、また１ｍｍを超えるとシートの剛性により搬送が一般に難しい場合がある。

ところで、フィルム２は図１に示すように巻出ロール５９から表面粗面化手段９１、プレスユニット１０を経て巻取ロール６９までの連続体である必要はなく、枚葉状でもよい。フィルム２が枚葉状の場合の装置としては、例えば表面粗面化手段９１で粗面化した連続体のフィルム２を枚葉ごとカットしたのちにプレスユニット１０に搬送する構成や、表面粗面化手段９１において枚葉ごとにフィルム２の表面２ａに表面粗面化を行ったフィルム２を枚葉ごとにプレスユニット１０に搬送する構成などが挙げられる。フィルム２が枚葉状の場合のフィルム２の好ましい厚さは、搬送中のたわみを抑制するため、０．３ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上である。

本発明において用いられる金型３は、表面に凹凸構造が形成された面を有する金型である。凹凸構造とは、高さ１０ｎｍ〜１ｍｍの凸形状および／または凹形状が、ピッチ１０ｎｍ〜１ｍｍ、より好ましくは高さ１μｍ〜１００μｍの凸形状および／または凹形状が、ピッチ１μｍ〜１００μｍで周期的に繰り返された形状のことを示す。

凸形状および／または凹形状の高さやピッチが１０ｎｍより小さくなると、金型３への凹凸構造の形成が困難となり加工精度が低下する場合がある。一方、凸形状および／または凹形状の高さが１ｍｍより大きくなったり、ピッチが１ｍｍより大きくなったりすると、フィルム２の表面２ａに金型３の表面の凹凸構造に対応する形状、つまり金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造が成形される際に、成形不良が発生しやすくなる場合がある。

凸形状および／または凹形状について、例えば、三角形状の溝が複数個ストライプ状に並んでいるものでもよいし、矩形、半円形状もしくは半楕円形状等でもよい。さらには溝が直線である必要はなく、曲線のストライプパターンでもよい。また、その稜線方向はベルトの周方向に限らず幅方向であってもよい。さらに、凹凸構造は他にも直線状あるいは曲線状に連続したものに限られず、半球や円錐や直方体などの凸形状がドット状に離散的に配置された離散凸構造でもよい。しかし、少なくとも半球や円錐や直方体などの凹形状が離散的に配置された離散凹構造を含むことが好ましい。発明者の実験的な検討では、金型３の表面３ａに形成された凹凸構造が離散凹構造において、フィルム２の表面２ａの表面粗面化を行うことで、成形時のフィルム２と金型３の間のエアの噛み込みを抑制し、成形不良を低減させることができることがわかった。

金型３の材質としては、所望の加圧時の強度、凹凸形状の加工精度、フィルム２の離型性が得られるものであればよく、例えば、ステンレス、ニッケル、銅等を含んだ金属材料、シリコーン、ガラス、セラミックス、樹脂、もしくは、これらの表面に離型性を向上させるための有機膜を被覆させたものが好ましく用いられる。

金型３に凹凸形状を形成する方法としては、金型３の母材表面もしくは母材表面に形成した鍍金皮膜表面への機械加工、レーザー加工、フォトリソグラフィー、電子線描画方法等のほか、既にある凹凸構造を有する原版を元にして電気鋳造を施す方法などが挙げられる。鍍金を施す場合は、鍍金の材質はニッケルや銅などが好ましい。また、鍍金の厚さは０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、鍍金の厚さが０．０３ｍｍ未満では、凹凸構造を精度よく加工することが困難となる場合がある。

次に、本発明の凹凸構造フィルムの別の一実施形態を、図３を用いて説明する。

図３に示す凹凸構造フィルムの製造装置３０１は、表面に凹凸構造が形成されたエンドレスベルト形状を有する金型３０３（以下、金型３０３と略すこともある）と、金型３０３を加熱するための加熱ロール３０４、冷却ロール３０５と、加熱ロール３０４と平行に配置され、フィルムを加圧成形する表面に弾性体の層３１０を有するニップロール３０６と、成形後のフィルムを金型３０３より剥離する離型装置たる剥離ロール３０７とから構成される。そして加熱ロール３０４とニップロール３０６は、挟圧手段として金型３０３とフィルム３０２とを積層した状態で挟んで加圧するために、少なくともどちらか一方にプレス装置たる加圧装置３１２が接続され、加圧機構として構成されている。また、加熱ロール３０４、冷却ロール３０５に懸架した金型３０３を周回させるように搬送するための搬送機構として、加熱ロール３０４および／または冷却ロール３０５を回転駆動する駆動装置を備えている。また、フィルム３０２を搬送するため、搬送装置たる巻出ロール３０８、巻取ロール３０９を備えており、さらに、必要に応じて図示されていないガイドロールを１本ないしは複数本備えていてもよい。巻出ロール３０８とニップロール３０６および加熱ロール３０４の間に表面粗面化手段９１を備えている。

凹凸構造フィルムの製造装置３０１の動作は以下の通りである。まず、巻出ロール３０８より巻き出されたフィルム３０２は、表面粗面化手段９１においてフィルム３０２の表面３０２ａに凹凸形状が形成される。表面粗面化手段９１を通過したフィルム３０２は加熱ロール３０４の表面部での熱伝導により加熱された金型３０３上に供給される。金型３０３上に供給されたフィルム３０２は、ニップロール３０６により金型３０３の凹凸構造が形成された面３０３ａに押し付けられ、フィルム３０２の表面３０２ａに金型３０３の表面の形状に対応する形状、すなわち金型３０３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造が成形される。この際、表面粗面化手段９１において成形された凹凸形状を通じて金型３とフィルム３０２の間のエアが外に出される。その後、フィルム３０２は金型３０３と密着したまま加熱ロール３０４から冷却ロール３０５へ向かう第１の金型搬送経路３７１を通って冷却ロール３０５の表面部まで搬送される。冷却ロール３０５の表面部まで搬送されたフィルム３０２は、金型３０３を介して冷却ロール３０５との間の熱伝導によって冷却された後、剥離ロール３０７によって金型３０３から剥離され、巻取ロール３０９に巻き取られる。一方、剥離ロール３０７でフィルム３０２と剥離した金型３０３は、冷却ロール３０５から加熱ロール３０４へ向かう第２の金型搬送経路３７２を通って、加熱ロール３０４まで搬送され再び加熱される。この動作が連続的に行われる。

本発明の主たる部分である表面粗面化手段９１については凹凸構造フィルムの製造装置１における表面粗面化手段９１の場合と同様である。

続いて、表面粗面化手段９１以外の各構成部材の構造について説明する。

本発明において用いられる金型３０３は、表面に凹凸構造が形成された面を有するエンドレスベルト形状を有する金型である。エンドレスベルト形状を有する金型の材質は強度と熱伝導率が高い金属が好ましく、例えばニッケルや鋼、ステンレス鋼、銅などが好ましい。また、エンドレスベルト形状を有する金型として、エンドレスベルト形状を有する金属ベルトの表面に鍍金を施したものを使用してもよい。

金型３０３の表面に凹凸構造を形成する方法については、金属ベルトの表面に直接切削やレーザー加工を施工する方法、金属ベルトの表面に形成した鍍金皮膜表面に直接切削やレーザー加工を施工する方法、凹凸構造を内面に有する円筒状の原版に電気鋳造を施す方法、金属ベルトの表面に凹凸構造面が形成された薄板を連続して貼り付ける方法などが挙げられる。

エンドレスベルト形状を有する金属ベルトは、所定の厚さ、長さを持つ金属板の端部同士を突き合わせ溶接する方法や、例えば所定の倍の厚さの金属板を所定の半分の長さで溶接してエンドレス形状にした後に２倍に圧延する方法、などによって製造される。

エンドレス形状を有する金属ベルトの表面に鍍金を施す場合は、鍍金の材質はニッケルや銅などが好ましい。

本発明において用いられる金型３０３の凹凸構造は、高さ１０ｎｍ〜１００μｍの凸形状および／または凹形状が、ピッチ１０ｎｍ〜１ｍｍ、より好ましくは高さ１μｍ〜５０μｍの凸形状および／または凹形状が、ピッチ１μｍ〜１００μｍで周期的に繰り返された形状のことを示す。凸形状および／または凹形状について、例えば、三角形状の溝が複数個ストライプ状に並んでいるものでもよいし、矩形、半円形状もしくは半楕円形状等でもよい。さらには溝が直線である必要はなく、曲線のストライプパターンでもよい。また、その稜線方向はベルトの周方向に限らず幅方向であってもよい。さらに、凹凸構造は他にも直線状あるいは曲線状に連続したものに限られず、半球や円錐や直方体などの凸形状がドット状に離散的に配置された離散凸構造でもよい。しかし、凹凸構造フィルムの製造装置１における金型３と同様、少なくとも半球や円錐や直方体などの凹構造が離散的に配置された離散凹構造を含むことが好ましい。

ここで、エンドレスベルト形状を有する金型の製造方法の一例を以下に示す。

まず、薄肉のステンレス鋼板の端部を突き合わせ溶接し、エンドレス形状を有する金属ベルトに加工する。次に、この金属ベルトをロールにはめて固定し、表面にニッケル鍍金処理を施し、その後、旋盤加工機にて金属ベルトの鍍金層に所定の凹凸構造を切削加工する方法がある。切削加工を施した金属ベルトは、ロールより取り外すことで、表面に所定の凹凸構造が形成されたエンドレスベルト形状を有する金型が得られる。

また、エンドレスベルト形状を有する金型の他の製造方法の例として、薄板状の金属板に凹凸構造を加工した後に、突き合わせ溶接でエンドレスベルト化する方法がある。薄板状の金属板への加工は、表面にニッケル鍍金処理を施した後、平面切削加工機にて鍍金層に所定の凹凸構造を切削する方法や、金属板表面を直接レーザー加工や、電子ビーム加工、あるいはフォトリソグラフィーにより凹凸構造を形成する方法が挙げられる。

続いて各ロール部材の構成について説明する。

ニップロール３０６は芯層の外表面に弾性体の層３１０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３１０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３１１によって回転可能なように支持されており、さらに軸受３１１は、シリンダなどの加圧装置３１２と接続されている。ニップロール３０６はこの加圧装置３１２のストロークにより開閉し、フィルム３０２を加圧または開放する。

また、ニップロール３０６は所望のプロセスやフィルム材質に合わせて、温度調整機構を有してもよい。温度調整機構としては、ロール内部を中空にしてカートリッジヒーターや誘導加熱装置を埋め込んだり、内部に流路を加工して油や水、蒸気等の熱媒を流したりすることにより、ロール内部から加熱する構造でもよい。また、ロール外表面付近に赤外線加熱ヒーターを設置して、ロール外表面から加熱する構造でもよい。

ニップロール３０６の弾性体の層３１０の耐熱性は、１６０℃以上の耐熱温度を有することが好ましく、さらに好ましくは１８０℃以上の耐熱温度を有することが好ましい。ここで耐熱温度とはその温度で２４時間放置したときの引張強さの変化率が１０％を超えるときの温度を言う。

弾性体の層３１０の材質としては、例えばゴムを用いる場合には、シリコーンゴムやＥＤＰＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ネオプレン、ＣＳＭ（クロロスルホン化ポリエチレンゴム）、ウレタンゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、エボナイトなどを用いることができる。更に高い弾性率と硬度を求める場合には、カレンダーローラ用樹脂としてゴムメーカ各社から販売されている上記ゴムに特殊な処方を用いたものや、じん性を向上させた硬質耐圧樹脂（例：ポリエステル樹脂）を用いることができる。

次に、ニップロール３０６と金型３０３を挟んで対向する加熱ロール３０４について説明する。加熱ロール３０４はニップ時に荷重を受けるので、強度および加工精度が求められ、さらに加熱装置を含むことが好ましい。材質としては、例えば鋼や繊維強化樹脂、セラミックス、アルミ合金などが考えられる。また、加熱方式としては内部を中空にしてカートリッジヒーターや誘導加熱装置を設置したり、内部に流路を加工して油や水、蒸気等の熱媒を流したりすることにより、ロール内部から加熱する構造でもよい。また、ロール外表面付近に赤外線加熱ヒーターや誘導加熱装置を設置して、ロール外表面から加熱する構造でもよい。

ニップロール３０６は加熱ロール３０４と平行に配置されることが好ましい。

加熱ロール３０４の表面には、硬質クロムめっき、セラミック溶射、ダイヤモンド・ライク・カーボン・コーティングなどの高硬度皮膜の形成処理を施すことが好ましい。なぜなら、加熱ロール３０４は常に金型３０３と接触しているうえ、ニップロール３０６による加圧力を受けるため、その表面は非常に磨耗しやすく、加熱ロール３０４の表面が磨耗したり、傷が入ったりすると、前述したようなフィルムの成形性の低下や、フィルムへのロール表面形状の成形が生じる場合があるためである。

加熱ロール３０４とニップロール３０６との間にフィルム２と金型３０３を積層した状態で挟圧する。

冷却ロール３０５は例えば内部に通水路が設けられ、一定の温度の水を連続して循環させる水冷式の冷却方式などによって冷却されることが好ましい。そして金型３０３との接触面における熱伝導により金型３０３を冷却する。

冷却ロール３０５の表面には、硬質クロムめっき、セラミック溶射、ダイヤモンド・ライク・カーボン・コーティングなどの高硬度皮膜の形成処理を施すことが好ましい。なぜなら、冷却ロール３０５は常に金型３０３と接触していて非常に磨耗しやすいからである。

剥離ロール３０７は冷却ロール３０５と同様に冷却装置を有しており、フィルム３０２の表面３０２ａの反対側の面から冷却し、金型３０３からの剥離を補助する役割を果たす。また、剥離ロール３０７は流体圧シリンダなどにより冷却ロール３０５に対して押し当てられる構造であってもよい。剥離ロール３０７のフィルム３０２に対する加圧力は特に制限されず、剥離ロール３０７の周面がフィルム３０２の表面３０２ａの反対側の面に密着していればよい。

巻出ロール３０８および巻取ロール３０９はともにフィルム３０２を巻きつけるコアを固定できる構造となっており、端部はモーター等の駆動装置と連結され、速度を制御しながら回転可能となっている。また、トルク制御により、フィルム３０２に与えられる張力を調整できることが好ましい。

各ロールの端部は、ころがり軸受などにより回転支持される。加熱ロール３０４はモーター等の駆動装置と連結され、速度を制御しながら回転可能となっている。搬送速度は凹凸構造の成形性と凹凸構造フィルムの生産性のバランスを考慮して決定されるが、凹凸構造を高精度に成形しながら生産性を高くするために、速度は１〜３０ｍ／分の範囲より決定されることが好ましい。ニップロール３０６の駆動装置は、加熱ロール３０４の端部とチェーンまたはベルトなどで連結し、加熱ロール３０４と連動して回転できるようにしたり、あるいは、加熱ロール３０４と速度を同期可能なモーターなどを用いて独立して回転させたりすることが好ましいが、回転自在の構造とし、フィルム３０２との摩擦によって回転されるようにしてもよい。

各ロールを支持する軸受は、そのロールの質量や受ける負荷、回転速度などに応じて設計される。

また、図１、３に示す凹凸構造フィルムの製造装置ではフィルム２、３０２の片面である表面２ａ、３０２ａについて表面粗面化手段で表面粗面化をしたのち凹凸構造を成形する構成となっているが、この限りではなく、反対側の面についても表面粗面化手段と凹凸構造を成形する金型を備え、両面に凹凸構造を成形する装置構成としてもよい。

次に、本発明の凹凸構造フィルムの製造方法を説明する。

本発明の凹凸構造フィルムの製造方法は、凹凸構造が形成された金型の表面にフィルムを供給する供給工程と、前記金型に前記フィルムを接触させ加圧することにより、前記フィルムの少なくとも一方の面に前記金型の表面の形状に対応する形状を成形する成形工程と、成形後の前記フィルムを前記金型から離型して搬送する離型工程と、を少なくとも含む凹凸構造フィルムの成形方法であって、供給工程と成形工程との間に前記フィルム表面を粗面化する表面粗面化工程を含むことを特徴とする凹凸構造フィルムの製造方法である。

上記のフィルムの製造方法の一実施形態を、図１を用いて説明する。一連の供給、表面粗面化、成形、離型動作は以下のプロセス（Ａ）〜（Ｅ）の流れで成形するものである。

フィルム２を巻出ユニット５０にセットし、フィルム２の巻出部を引き出し、表面粗面化手段９１、ガイドロールを経由し、プレスユニット１０内の金型３の表面に沿わせ、さらに、剥離手段２０を経由して、巻取ユニット６０で巻き取っている状態とする。また、加熱ユニットを作動させて、温度調整プレート（上）１５ａ、温度調整プレート（下）１５ｂをともに成型温度まで上昇させておく。なお、下記の（Ａ）〜（Ｃ）が成形工程、（Ｄ）が離型工程と供給工程、（Ｅ）が表面粗面化工程である。
（Ａ）最初にプレスユニット１０を作動させて、温度調整プレート（上）１５ａを下降させて、金型３の表面と温度調整プレート（上）１５ａとの間にフィルム２を挟むように加圧を開始する。温度、圧力、昇圧速度、加圧時間等の条件は、フィルムの材質、成形形状、特に凹凸のアスペクト比等に依存する。概ね、成形温度は１００〜１８０℃、圧力は１〜１０ＭＰａ、成形時間が１〜６０秒、昇圧速度は０．０５〜１ＭＰａ／秒の範囲で設定される。
（Ｂ）次に、加圧成形中において、冷却ユニットを作動させて、温度調整プレート（上）１５ａ、温度調整プレート（下）１５ｂを降温させる。なお、冷却中も加圧を継続していることが好ましい。冷却温度は金型の表面の温度がフィルム２を離型するのに十分に冷却されるように設定される。例えば、金型３の表面温度がフィルム２のガラス転移点以下まで冷却を行うのが良い。
（Ｃ）冷却完了後、圧力を開放して、温度調整プレート（上）１５ａを剥離手段２０がプレスユニット１０内を水平移動させるのに十分なスペースを確保できるように上昇させる。
（Ｄ）剥離手段２０を用いて、金型３の表面のフィルム２がすべて剥離できたら、次に成形するフィルム２を金型３に供給する。
（Ｅ）次に成形するフィルム２を金型３に供給する際に、巻出ユニット５０とプレスユニット１０の間に設置した表面粗面化手段９１においてフィルム２の表面２ａの表面粗面化を行う。

フィルム２の表面２ａを粗面化することで成形工程においてフィルム２と金型３との間に金型３の外部へのエアの逃げ道が確保され、成形時の金型３の凹凸構造とフィルムの間でのエアの噛み込みに抑制することが可能となる。なお、成形工程においてフィルム２の表面２ａには金型３の表面の凹凸構造に対応する形状、つまり金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造が成形されるため、表面粗面化の影響は少なくなる。

このとき、金型３の凹凸構造は少なくとも半球や円錐や直方体などの凹形状が離散的に配置された離散凹構造を含むことが好ましい。金型３の凹凸構造が離散凹構造の場合に、フィルム２の表面２ａの表面粗面化によって、エアの噛み込み起因の成形不良発生抑制に著しい効果が期待できる。

また、表面粗面化工程において、フィルム２の表面粗面化を行う領域は、フィルム幅方向、フィルム搬送方向ともに、フィルム２の表面２ａに金型３の表面の凹凸構造に対応する形状、つまり金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造を成形する領域より広くすることが好ましい。フィルム２の表面２ａに金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造を成形する領域より広くすることで、フィルム２の表面２ａに金型３の表面の凹凸構造に対応する形状、つまり金型３の凹凸構造とは逆パターンの凹凸構造を成形する領域全域において、エアの噛み込みによる成形不良の発生を抑制することが可能となる。

続いて、表面粗面化工程での表面粗面化の方法について説明する。本発明の凹凸構造フィルムの製造方法では、表面粗面化工程が、フィルム搬送方向にわたってフィルムを連続的に供給しながら粗面化を行うことが好ましい。連続的に粗面化を行うとは、巻出ロールから巻取ロールに向かうフィルム搬送方向に対してフィルムを搬送しながらフィルムの表面粗面化を行うことをいう。さらに、表面粗面化工程が少なくとも表面を粗面化した型の表面にフィルムを加熱および加圧して行うことを含むことが好ましい。

ここで、表面を粗面化した型の算術平均粗さＲａが０．１〜１０μｍであることが好ましい。０．１〜１０μｍであればエア逃げがしやすく、フィルムにシワが入りにくくなるため好ましい。なお、表面を粗面化した型の具体例については後述する。

連続的に表面粗面化を行い、少なくとも表面を粗面化した型の表面にフィルムを加熱および加圧して行うことを含む表面粗面化工程の一実施形態として、表面に粗面化した型を有するエンボスロールとニップロールとの間にフィルム２を通して加熱、加圧成形する方法について図１、２を用いて説明する。

まず準備段階として、フィルム２を巻出ロール５９より引き出し、ニップロール２５６を開放した状態で、エンボスロール２６４とニップロール２５６との間を通した後、プレスユニット１０を経由して巻取ロール６９で巻き取っている状態とする。

続いて、ニップロール２５６および／またはエンボスロール２６４の図示されていない温度調整機構を作動し、ニップロール２５６および／またはエンボスロール２６４の表面温度が所定の温度になるまで温度調整する。また、ニップロール２５６とエンボスロール２６４に対してフィルム搬送方向８１の上流側にフィルム２を直接温度調整する温度調整機構を設置している場合は、この温度調整機構も作動させ温度調整する。

エンボスロール２６４の表面温度は、フィルム２の材質、エンボスロール２６４の凹凸形状、アスペクト比等に依存するが、フィルム２の表面２ａを有する部分のガラス転移温度をＴｇとしたとき、エンボスロール２６４の表面温度がＴｇ℃からＴｇ＋５０℃の範囲で設定されることが好ましい。Ｔｇ℃より低い場合はフィルム２の表面２ａの表面粗面化が十分に行えない場合があり、Ｔｇ＋５０℃よりも高い場合は、表面粗面化工程通過後もフィルム２の表面２ａがＴｇ以上となっていて、表面２ａに成形した凹凸形状が平坦面に戻ろうとする作用が働く場合がある。

エンボスロール２６４の表面温度が設定値まで温度調整されたら、凹凸構造フィルムの製造速度で搬送すると同時に、ニップロール２５６を閉じ、エンボスロール２６４とニップロール２５６でフィルム２を加圧し、エンボスロール２６４の表面に形成された凹凸形状をフィルム２の表面２ａに加圧により密着させて、フィルム２の表面２ａの表面粗面化を行う。このときの条件として、表面粗面化の速度は、凹凸構造フィルムの製造速度と同じとすることが好ましい。また、線圧はフィルムの材質や厚さに応じて適宜自由に決めてよいが、概ね１ｋＮ／ｍ以上の範囲で設定されることが好ましい。線圧が１ｋＮ／ｍ未満では、フィルム２の表面２ａの表面粗面化が十分に行えない場合がある。

プレスユニット１０でフィルム２を成形するためにフィルム２の搬送を停止している間は、ニップロール２５６および／またはエンボスロール２６４のロール表面温度をフィルム２のＴｇより低くすることが好ましい。Ｔｇより高いままでは、搬送停止中にフィルム２の平面度が低下し、搬送不良を引き起こしたり、プレスユニット１０での成形の際に成形精度が低下したりする問題が発生する場合がある。このほかに、例えば搬送を停止している間のみニップロール２５６を開放するとともに、図示していない移動可能なガイドロールを作動させ、フィルム２をニップロール２５６およびエンボスロール２６４から離間させる構造としてもよい。

なお、連続的にフィルム２の表面２ａの表面粗面化を行う方法は、図２に示す方法に限られず、例えばフィルム２を搬送しながらレーザー光をフィルム２の表面に照射して粗面化する方法でもよい。また、これらに限られず、その他の方法でもよい。さらに、表面粗面化工程が少なくとも表面を粗面化した型を加熱したフィルムの表面に加圧して行うことを含むことにより、常にフィルム２の表面２ａにエンボスロール２６４の表面２６４ａに形成する凹凸形状に対応する形状、つまりエンボスロール２６４の表面２６４ａに形成する凹凸形状とは逆パターンの凹凸形状が形成されるようになるため、安定して表面を粗面化できるようになり、結果としてより成形工程においてより安定的にエアの噛み込みによる成形不良の発生を抑制することが可能となる。

凹凸構造が表面に形成されたフィルムの製造方法の別の一実施形態を、図３を用いて説明する。図３の表面粗面化手段９１は図２で示す、表面粗面化用プレスユニット２５１と同様の、表面にフィルム３０２の表面３０２ａの表面粗面化を行うための凹凸形状が形成されたエンボスロール２６４と、エンボスロール２６４と平行に配置され、フィルム３０２を加圧成形する表面に弾性体の層２６０を有するニップロール２５６と、挟圧手段としてフィルム３０２を加圧するために、エンボスロール２６４とニップロール２５６の少なくともどちらか一方に接続された加圧機構２６２で構成される。

まず準備段階として、フィルム３０２を巻出ロール３０８より引き出し、表面粗面化手段９１に通したのち、ニップロール３０６を開放した状態で、加熱ロール３０４と冷却ロール３０５に懸架された金型３０３上に沿わせ、剥離ロール３０７を経由し、巻取ロール３０９で巻き取っている状態とする。このとき、表面粗面化手段９１においてフィルムの表面粗面化を行っていなくてもよい。

続いて、駆動手段によりフィルム３０２を低速で搬送しながら、加熱ロール３０４の加熱手段及び冷却ロール３０５の冷却手段を作動し、加熱ロール３０４及び冷却ロール３０５を介してそれぞれのロール上での金型３０３の表面温度が所定の温度になるまで温度調整する。搬送しながら温度調整する理由は、金型３０３は搬送状態において加熱及び冷却を繰り返して各位置での温度が平衡状態となる必要があること、搬送していないとフィルム３０２の加熱ロール３０４上に位置する部分が蓄熱し、そこでフィルムが溶けて破れてしまう場合があるからである。

加熱ロール３０４上での金型３０３の表面温度、冷却ロール３０５上での金型３０３の表面温度の条件は、フィルム３０２の材質、金型３０３の凹凸構造の形状、アスペクト比等に依存する。フィルム３０２の表面３０２ａを有する部分のガラス転移温度をＴｇとしたとき、加熱ロール３０４上での金型の表面温度はＴｇ＋５０℃からＴｇ＋１００℃、冷却ロール３０５上での金型３０３の表面温度はＴｇ−４０℃からＴｇ−１００℃の範囲で設定されることが好ましい。また、温度調整中の搬送速度は０．１〜５ｍ／分とすることが好ましく、０．１〜１ｍ／分とすることがより好ましい。

加熱ロール３０４及び冷却ロール３０５の表面温度が設定値まで温度調整されたら、凹凸構造フィルムの製造速度で搬送する（供給工程）と同時に、表面粗面化手段９１においてフィルム表面の粗面化を行っていなかった場合は表面粗面化手段を起動させ、フィルム３０２の被成形面の表面粗面化を開始する（表面粗面化工程）。表面粗面化の方法、条件については、図２の表面粗面化用プレスユニット２５１からなる表面粗面化手段９１の場合と同様である。

続いて、ニップロール３０６を閉じ、加熱ロール３０４とニップロール３０６でフィルム３０２及び金型３０３を加圧し、金型３０３の凹凸構造が形成された面３０３ａの形状をフィルム３０２の表面３０２ａに加圧により密着させる。このときの条件として、凹凸構造フィルムの製造速度は１〜３０ｍ／分、線圧は４００ｋＮ／ｍ以上の範囲で設定されることが好ましい。

凹凸構造フィルムの製造方法は、金型の周回動作に合わせて各工程を並べると、金型加熱工程、加圧成形工程、第１の搬送工程、冷却工程、フィルム剥離工程、第２の搬送工程から構成される。以下、順に説明する。

まず、金型加熱工程では金型３０３は加熱ロール３０４と接触する部分において、常に高温の加熱ロール３０４からの熱伝導により加熱され、フィルム３０２と共に加熱ロール３０４とニップロール３０６によってフィルム３０２と共に加圧されるまでに、金型３０３の温度は加熱ロール３０４の表面温度まで昇温される。

加圧成形工程では、巻出ロール３０８から巻き出された、フィルム３０２が加熱ロール３０４とニップロール３０６による加圧部において、加熱された金型３０３に被成形面を押し当てられて密着し、軟化したフィルム３０２を構成する樹脂が金型３０３の凹凸構造が形成された面３０３ａのパターン内に充填される（成形工程）。第１の搬送工程では、金型３０３に加圧されたフィルム３０２が、金型３０３と密着したまま第１の金型搬送経路３７１を通って冷却工程まで搬送される。

冷却工程では、金型３０３と冷却ロール３０５が接触する部分において、フィルム３０２は冷却ロール３０５との熱伝導により、金型３０３ごとフィルム３０２を構成する樹脂のガラス転移温度以下まで冷却される。

フィルム剥離工程では冷却後のフィルム３０２は剥離ロール３０７により、冷却ロール３０５から連続的に剥がすように離型される（離型工程）。なお、図３において剥離ロール３０７はフィルム３０２の冷却ロール３０５に対する抱き付き角が９０度となるように配置されているが、０〜１８０度となる範囲で他の位置に配置されていてもよい。フィルム３０２の冷却ロール３０５に対する抱き付き角が大きくなるほど、フィルム３０２が冷却される時間が長くなり、フィルム３０２を十分に冷やすことが可能となる。剥離後のフィルム３０２は巻取ロール３０９に巻き取られる。第２の搬送工程では、金型３０３が第２の金型搬送経路３７２を通って冷却工程から再度金型加熱工程まで搬送される。

本発明に適用されるフィルム２、３０２の被成形面を有する層の材料は、熱可塑性樹脂を主たる成分とした熱可塑性樹脂が用いられ、具体的に好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂ポリエーテル系樹脂、ポリエステルアミド系樹脂、ポリエーテルエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、あるいはポリ塩化ビニル系樹脂などを挙げることができる。

このなかで共重合するモノマー種が多様であり、かつそのことによって材料物性の調整が容易であるなどの理由から特にポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂またはこれらの混合物から選ばれる熱可塑性樹脂を含有していることが好ましく、上述の熱可塑性樹脂の含有率は５０質量％以上であることがさらに好ましい。

フィルム２、３０２は上述の樹脂の単体からなるフィルムであっても構わないし、複数の樹脂層からなる積層体であってもよい。単体からなるフィルムの場合、被成形面を有する層を両表面に備えたフィルムとして扱う。複数の樹脂層からなる積層体の場合、単体フィルムと比べて、易滑性や耐摩擦性などの表面特性や、機械的強度、耐熱性を付与することができる。このように複数の樹脂層からなる積層体とした場合はフィルム全体が前述の熱可塑性樹脂を主たる成分とする要件を満たすことが好ましいが、フィルム全体としては前記要件を満たしていなくても、少なくとも前記要件を満たす層が表層に形成されていれば容易に表面を形成することができる。特に、凹凸構造フィルムの加工性を良くするために金型温度を高温にしたい場合は、表層にガラス転移温度が低く凹凸構造を成形しやすい樹脂、芯層にガラス転移温度が高く強度の強い樹脂、という構成のフィルムを用いることで、フィルムの平面性を維持しつつ、フィルムの加工性を高めることができる。

以上の凹凸構造フィルムの製造方法を用いれば、エアの噛み込みが起因の成形不良を発生させにくく、高い生産性で高精度な凹凸構造フィルムを製造することができる。

［用途例］
本発明の製造方法で得られた凹凸構造フィルムは拡散、集光、反射、透過等の光学的な機能を有する光学フィルム等、ミクロンサイズからナノサイズの凹凸構造をその表面に必要とする部材に好ましく用いられる。

以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。

（実施例１）
図２の表面粗面化手段を有する、図１の凹凸構造フィルムの製造装置で凹凸構造フィルムを製造した。

（１）金型：
以下のとおりの金型を製作し使用した。
金型サイズ：２００ｍｍ（フィルム幅方向）×４００ｍｍ（フィルム搬送方向）×２０ｍｍ（厚み）。
金型材質：銅。
凹凸構造：表面に直径１５μｍ、３μｍの離散凹構造（フィルムには離散凸構造が成形される）が金型全域にわたって形成されている。縦、横のピッチは縦横ともに１００〜５００μｍのランダム配置。

（２）プレスユニット：
油圧ポンプで加圧される機構で、プレスユニット１０内にはアルミ合金製でサイズが７００ｍｍ（フィルム幅方向）×１，０００ｍｍ（フィルム走行方向）の温度調整プレート（上）１５ａ、温度調整プレート（下）１５ｂが取り付けられ、それぞれ、図示されていない加熱装置、冷却装置に連結されている。なお、金型３は温度調整プレート（下）１５ｂに取り付けられている。加熱装置は熱媒循環装置で、熱媒は加圧水を使用し、１８０℃に加熱したものを１００Ｌ／分の流量で流す。また、冷却装置は冷却水循環装置であり、２０℃に冷却された水を１５０Ｌ／分の流量で流すものである。

（３）表面粗面化手段：
ニップロール２５６は外径が１６０ｍｍの炭素鋼からなる筒状の芯材表面に、弾性体の層としてシリコーンゴム（硬度：７０°）を２０ｍｍの厚みで被膜したものを用いた。加圧領域の幅は２２０ｍｍとし、フィルムの全幅（２００ｍｍ）にわたってフィルムを加圧する構成とした。

加圧機構２６２には空気圧シリンダを用い、ニップロール２５６に対して加圧力２０ｋＮを付加した（線圧：１００ｋＮ／ｍ）。

エンボスロール２６４は炭素鋼からなる筒状の芯材の表面に、硬質クロム鍍金を施したのち周方向全周にわたってエッチング処理を行いエンボスロール２６４の表面２６４ａにフィルム２の表面を粗面化するための凹凸形状を成形した。製作したエンボスロール２６４表面のフィルムが加圧される領域の任意の１０点を印象材（株式会社ジーシー製エクザファインレギュラータイプ）を用いて反転形状を採取し、超深度レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス社製ＶＫ８５１０）で表面粗度を測定した。その結果、算術平均粗さＲａの値は０．２６〜０．５４であった。エンボスロール２６４の外径は２００ｍｍ、フィルム幅方向長さは３００ｍｍとした。

温度調整機構は、エンボスロール２６４内部に加工した流路に温度調整した水を熱媒として流す構造を設け、フィルム２を搬送時にはエンボスロール２６４の表面温度を１５５℃まで加熱するよう１５８℃の水を流してフィルム２の表面２ａの表面粗面化を行う一方、フィルム２の搬送停止中は、エンボスロール２６４の内部に１４３℃の水を流して表面温度を１４０℃まで冷却した。

（４）フィルム：
ポリカーボネート（ＰＣ）（Ｔｇ：約１５０℃）からなり、厚みが１８０μｍ、幅は２００ｍｍである。該フィルムはプレスユニット１０を挟んで対向に設置した巻出ユニット５０、巻取ユニット６０によって、送り出され巻き取られる。

（５）動作方法：
上記の装置を用い、以下のように間欠的に成形を行った。あらかじめ、フィルム２を巻出ユニット５０から巻取ユニット６０でプレスユニット１０を経由して通しておく。次に、温度調整プレートが上下ともに１８０℃となるまで加熱した後、上側プレートを下降させて、フィルム２の加圧を開始する。加圧は金型の表面で７ＭＰａ、３０秒で実施した。その後、加圧を継続したまま、温度調整プレートを上下ともに冷却する。各温度調整プレートが１１０℃になったときに冷却を停止する。上下ともに冷却が完了すれば、圧力を開放し、フィルム２を搬送する。そして、表面粗面化用プレスユニット２５１でフィルム２の表面２ａを表面粗面化したフィルム２をプレスユニット１０に供給する。フィルム２の搬送速度は２ｍ／分とし、フィルム２の表面２ａの表面粗面化はフィルム２を搬送しているときにのみ行った。

（６）結果
上記の動作を１０回繰り返し、フィルム２を成形した。各回で成形したフィルム２について任意の離散凸構造１０点の形状を超深度レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス社製ＶＫ８５１０）で測定したところ、その結果、離散凸構造の高さは２．８９〜２．９３μｍであった。また、超深度レーザー顕微鏡の画像を目視観察する限り、エアの噛み込みによる成形不良箇所は確認されなかった。

表面粗面化直後のフィルム２の表面２ａの表面粗度について任意の１０点を取り出して超深度レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス社製ＶＫ８５１０）で測定した。その結果、算術平均粗さＲａの値は０．２５〜０．４８であった。

（比較例１）
表面粗面化手段が無いことを除けば実施例１と同条件で凹凸構造フィルムを製造した。
（１）金型：実施例1と同じ
（２）プレスユニット：実施例1と同じ
（３）表面粗面化手段：無し
（４）フィルム：実施例1と同じ
（５）動作方法：フィルムをフィルム表面粗面化手段に通さないことを除けば実施例1と同じ
（６）結果
上記の動作を１０回繰り返し、フィルム２を成形した。各回で成形したフィルム２について任意の離散凸構造１０点の形状を超深度レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス社製ＶＫ８５１０）で測定したところ、その結果、離散凸構造の高さは２．７８〜２．９１μｍであった。また、超深度レーザー顕微鏡の画像を目視観察したところ、各回０〜３個の離散凸構造頂部に成形時のエアの噛み込みによる窪み（成形不良）が確認された。

また、成形に使用したフィルム２の被成形面の表面粗度について任意の１０点を取り出して超深度レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス社製ＶＫ８５１０）で測定した。その結果、算術平均粗さＲａの値は０．０１８〜０．０２２であった。

１：凹凸構造フィルムの製造装置
２：フィルム
２ａ：フィルム表面
３：金型
３ａ：金型の表面
１０：プレスユニット
１１：支柱
１２：プレスシリンダー
１３：昇降ガイド
１４ａ：加圧プレート（上）
１４ｂ：加圧プレート（下）
１５ａ：温度調整プレート（上）
１５ｂ：温度調整プレート（下）
１６ａ：フレーム（上）
１６ｂ：フレーム（下）
１７：クッションシート
２０：剥離手段
４４：フィルム固定部
４５：フィルム固定部
５０：巻出ユニット
５１：巻出ロール回転手段
５３：引出バッファ部
５５：ボックス
５６：吸引排気手段
５９：巻出ロール
６０：巻取ユニット
６１：巻取ロール回転手段
６３：巻取バッファ部
６４：搬送駆動ロール
６４ａ：ニップロール
６６：ボックス
６７：吸引排気手段
６９：巻取ロール
８１：フィルム搬送方向
９１：表面粗面化手段
２５１：表面粗面化用プレスユニット
２５６：ニップロール
２６０：弾性体の層
２６１：軸受
２６２：加圧機構
２６４：エンボスロール
２６４ａ：エンボスロールの表面
３０１：凹凸構造フィルムの製造装置
３０２：フィルム
３０２ａ：フィルム表面
３０３：金型
３０３ａ：金型の凹凸構造が形成された面
３０４：加熱ロール
３０５：冷却ロール
３０６：ニップロール
３０７：剥離ロール
３０８：巻出ロール
３０９：巻取ロール
３１０：弾性体の層
３１１：軸受
３１２：加圧装置
３７１：第１の金型搬送経路
３７２：第２の金型搬送経路
３８１：金型搬送方向

Claims

凹凸構造が形成された金型の表面にフィルムを供給する供給工程と、
前記金型に前記フィルムを接触させ加圧することにより、前記フィルムの少なくとも一方の面に前記金型の表面の形状に対応する形状を成形する成形工程と、
成形後の前記フィルムを前記金型から離型して搬送する離型工程と、
を少なくとも含む凹凸構造フィルムの成形方法であって、
供給工程と成形工程との間に前記フィルム表面を粗面化する表面粗面化工程を含み、
該表面粗面化工程通過後の前記フィルム表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１０μｍかつ、前記フィルム表面の凹凸形状の高さが前記金型の凹凸構造の高さの１／２０〜１／５であること
を特徴とする凹凸構造フィルムの製造方法。
前記表面粗面化工程が、
フィルム搬送方向にわたってフィルムを連続的に供給しながら粗面化を行うこと
を特徴とする請求項１に記載の凹凸構造フィルムの製造方法。
前記金型に形成された凹凸構造が少なくとも離散凹構造を含むこと
を特徴とする請求項１または２に記載の凹凸構造フィルムの製造方法。
前記表面粗面化工程が
少なくとも表面を粗面化した型の表面にフィルムを加熱および加圧して行うことを含むこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の凹凸構造フィルムの製造方法。
凹凸構造が形成された金型と、
前記金型の表面にフィルムを加圧するプレス装置と、
前記金型の表面からフィルムを離型する離型装置と、
フィルムを搬送する搬送装置と、
を少なくとも含む凹凸構造フィルムの製造装置において、
前記プレス装置へのフィルム搬送方向上流側に前記金型と接触するフィルム表面を粗面化する表面粗面化手段を有し、
該表面粗面化工程通過後の前記フィルム表面の算術平均粗さＲａが０．１〜１０μｍかつ、前記フィルム表面の凹凸形状の高さが前記金型の凹凸構造の高さの１／２０〜１／５であること
を特徴とする凹凸構造フィルムの製造装置。
前記金型に形成された凹凸構造が少なくとも離散凹構造を含むこと
を特徴とする請求項５に記載の凹凸構造フィルムの製造装置。
前記表面粗面化手段が少なくとも表面を粗面化した型の表面にフィルムを加熱および加圧する機構を備えたプレス型表面粗面化手段であること
を特徴とする請求項５または６に記載の凹凸構造フィルムの製造装置。
前記プレス型表面粗面化手段が少なくとも表面を粗面化した型を有するエンボスロールとニップロールとを有する装置であること
を特徴とする請求項７に記載の凹凸構造フィルムの製造装置。