JP6793752B2 - 微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法及び微細周期構造を有する転写用金型ロールに関する。
従来、ホログラム又は光干渉色を利用したエンボス加工を連続的に長尺のフィルムに加工する場合、型押しシリンダーのようなエンボスロールが使われている。
かかるエンボスロールを作成するにあたっては、まず、レーザを利用して感光膜にホログラムパターンを生成した後、化学めっきによる剥離層と電鋳によってマスターを作成し、作成したマスターを複製したものを並べて原版を作成し、ロールに貼り付けることが行われていた。このようなマスターを作製する方法としては、例えば特許文献１がある。
上記した従来のマスターを複製して原版を作製する方法では、マスターを複製して並べていくとつなぎ目が発生してしまう問題があった。かかる原版から転写した製品では、つなぎ目部分は利用できないため、歩留りが悪くなる問題があった。また、従来の方法では、つなぎ目なしに連続の長尺パターンを作成することができなかった。
本発明は、従来技術の問題点に鑑みなされたもので、フィルムなどの被転写対象物に対して、シームレスに連続的な長尺パターンを作成できるようにした、微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法及び転写用金型ロールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法は、円筒状金属基材を準備する工程と、前記円筒状金属基材の外周面に超短パルスレーザを照射する工程と、前記超短パルスレーザの照射により前記円筒状金属基材の外周面にシームレス周回ナノ周期構造を形成し、前記シームレス周回ナノ周期構造による光干渉色を発生するシームレス周回柄を加工する工程と、を含む、微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法である。
前記超短パルスレーザが、フェムト秒レーザ又はピコ秒レーザであるのが好適であり、フェムト秒レーザであるのがさらに好適である。
前記円筒状金属基材が、長手方向に回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転せしめられながら、前記円筒状金属基材の外周面に前記超短パルスレーザの照射が行われてなるのが好適である。
前記超短パルスレーザが、前記円筒状金属基材の前記外周面と平行に設けられた円形の波長板と、前記波長板を円周方向に回転せしめる回転コントローラと、を備えた微細加工装置から照射せしめられてなるのが好適である。
本発明の微細周期構造を有する転写用金型ロールは、円筒状金属基材の外周面に形成されたシームレス周回ナノ周期構造による光干渉色を発生するシームレス周回柄を備えてなる、微細周期構造を有する転写用金型ロールである。
本発明によれば、フィルムなどの被転写対象物に対して、シームレスに連続的な長尺パターンを作成できるようにした、微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法及び転写用金型ロールを提供することができるという著大な効果を有する。
以下に本発明の実施の形態を説明するが、これら実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。なお、同一部材は同一符号で表される。
図１において、符号１０は、本発明の微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法に用いられる微細周期構造を形成するための微細加工装置を示す。
微細加工装置１０は、超短パルスレーザが発振される超短パルスレーザ発振器１２を備えている。超短パルスレーザ発振器１２は、超短パルスレーザであるフェムト秒レーザ又はピコ秒レーザを発振させるものであれば公知の超短パルスレーザ発振器を使用できる。
また、微細加工装置１０は、さらに、光波長変換器１４、光減衰器１６、第一ミラー１８、第二ミラー２０、波長板２２、対物レンズ２４を備える。超短パルスレーザ発振器１２から発振されたレーザ光は、光波長変換器１４、光減衰器１６、第一ミラー１８、第二ミラー２０、を介して波長板２２によって偏光せしめられ、対物レンズ２４を通って円筒状金属基材２８の外周面３０に超短パルスレーザ３２が照射される。これら光波長変換器１４、光減衰器１６、第一ミラー１８、第二ミラー２０、波長板２２、対物レンズ２４についても、公知のものが適用できる。
円筒状金属基材２８は、長手方向に回転軸Ｏを有しており、前記回転軸Ｏを中心として回転せしめられながら、前記円筒状金属基材２８の外周面３０に超短パルスレーザの照射が行われるのが好適である。
円筒状金属基材２８の材質としては、表面が金属であればよいもので、公知の金属はいずれも適用可能であるが、例えば、Ｎｉ、ステンレス鋼、真鍮、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料からなるのが好適である。なお、少なくとも一種の材料であるから、合金であってもよい。
前記波長板２２は１／２波長板（１／２λ板）が好適に使用でき、図１の構成図では、波長板２２として円形の１／２波長板の例を示した。
また、波長板２２には、円形の波長板２２を円周方向Ｐに回転せしめる回転コントローラ２６が設けられており、前記波長板２２を円周方向に回転せしめることができる。即ち、微細加工装置１０は、円筒状金属基材２８の外周面３０と平行に設けられた円形の波長板２２と、前記波長板２２を円周方向Ｐに回転せしめる回転コントローラ２６とを備えている。これにより、様々な方向に偏光せしめることができるので、前記円筒状金属基材の外周面にシームレス周回ナノ周期構造を形成するにあたって、様々なナノ周期構造を形成することができる。前記波長板２２と回転コントローラ２６についても、公知の回転コントローラ付き１／２波長板などが使用できる。
本発明では、ピコ秒からフェムト秒レーザを低フルーエンスで照射することでナノ周期構造が回折格子の役目をして、ホログラムのような虹色の光干渉色を出すことができる。なお、本明細書において、シームレスとは、柄と柄のつなぎ目がないという意味である。
ナノ周期構造は、レーザ光の直線偏光面に垂直方向に微細な溝ができる。ナノ周期構造の溝の方向を変えるには、偏光の波面を変化させることで方向を変えることができ、光学系内に配置した(1/2)λ波長板の角度を変更しながら、複数回ロール表面に加工をすることにより各方向の溝を配置した転写用金型ロールであるエンボスロールを作成することができる。
図２に、偏光方向によるナノ周期構造の溝の方向の異なるパターン作製例を示す。
図２（ａ）のパターン３４ａは、図２（ａ）に矢印で示した方向の偏光方向のみで作製したパターンである（１回目偏光方向のみ）。図２（ｂ）のパターンは、図２（ａ）に矢印で示した方向の偏光方向のパターン３４ａに加えて、図２（ｂ）に矢印で示した方向の偏光方向で作製したパターン３４ｂを形成したパターンである（１回目偏光方向＋２回目偏光方向）。図２（ｃ）のパターンは、図２（ａ）に矢印で示した方向の偏光方向のパターン３４ａ及び図２（ｂ）に矢印で示した方向の偏光方向で作製したパターン３４ｂに加えて、図２（ｃ）に矢印で示した方向の偏光方向で作製したパターン３４ｃを形成したパターンである（１回目偏光方向＋２回目偏光方向＋３回目偏光方向）。
また、例えば、上記した図２（ａ）のパターン３４ａと図２（ｂ）のパターン３４ｂとでは溝の方向が異なるため、ナノ周期構造の境界が出来る。かかる偏光方向の異なる異種ナノ周期構造を組み合わせた場合のナノ周期構造の境界を示す電子顕微鏡（ＳＥＭ）による写真を図３に示す（スケールバー：１０μｍ、１目盛り：１０００ｎｍ）。図３の矢印で示した個所が周期構造境界である。
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
（実施例１）
フェムト秒パルスのレーザを使用して、以下に示す微細周期構造を有する転写用金型ロールを製造した。
図１の構成図に示した微細加工装置を用いて、円筒状金属基材の外周面にフェムト秒レーザを照射した。円筒状金属基材として、アルミ製ロールの表面に銅メッキされた直径140mmの中空ロールを準備し、使用した。
フェムト秒レーザ発振器には、Amplitude Systems社製Satsuma HP2を使用した。波長515nm, 照射エネルギー0.21J/cm2、パルス幅400fsec, 繰り返し周波数１MHzのレーザ光を、前記表面に銅メッキされた直径140mmのロールの両端を回転可能なチャックコーンで把持し、毎分28回転でロールを回転させながら、ロール表面に照射させ、つなぎ目のないシームレスな周回ナノ周期構造の加工を行い、微細周期構造を有する転写用金型ロールを製造した。
表面に微細周期構造が形成された転写用金型ロールの外観を図４に示す。加工された転写用金型ロールの外観では、シームレスで連続的な周回柄３６を加工することができ、虹色の光干渉色を出すことが観察できた。図４において、虹色の光干渉色が観察された部分を符号Ａで示した。図５に示した電子顕微鏡（ＳＥＭ）による写真では、転写用金型ロールの表面にナノメートル単位の構造が形成されていることが確認できた（スケールバー：５μｍ、１目盛り：５００ｎｍ）。また、かかる製造された転写用金型ロールを用いて、シームレスに連続的に長尺のＰＥＴフィルムにホログラムをエンボス加工することができた。
フェムト秒パルスのレーザを使用して、以下に示す微細周期構造を有する転写用金型ロールを製造した。
図１の構成図に示した微細加工装置を用いて、円筒状金属基材の外周面にフェムト秒レーザを照射した。円筒状金属基材として、アルミ製ロールの表面に銅メッキされた直径140mmの中空ロールを準備し、使用した。
フェムト秒レーザ発振器には、Amplitude Systems社製Satsuma HP2を使用した。波長515nm, 照射エネルギー0.21J/cm2、パルス幅400fsec, 繰り返し周波数１MHzのレーザ光を、前記表面に銅メッキされた直径140mmのロールの両端を回転可能なチャックコーンで把持し、毎分28回転でロールを回転させながら、ロール表面に照射させ、つなぎ目のないシームレスな周回ナノ周期構造の加工を行い、微細周期構造を有する転写用金型ロールを製造した。
表面に微細周期構造が形成された転写用金型ロールの外観を図４に示す。加工された転写用金型ロールの外観では、シームレスで連続的な周回柄３６を加工することができ、虹色の光干渉色を出すことが観察できた。図４において、虹色の光干渉色が観察された部分を符号Ａで示した。図５に示した電子顕微鏡（ＳＥＭ）による写真では、転写用金型ロールの表面にナノメートル単位の構造が形成されていることが確認できた（スケールバー：５μｍ、１目盛り：５００ｎｍ）。また、かかる製造された転写用金型ロールを用いて、シームレスに連続的に長尺のＰＥＴフィルムにホログラムをエンボス加工することができた。
（実施例２）
次に、ピコ秒パルスのレーザを使用して、以下に示す微細周期構造を有する転写用金型ロールを製造した。
図１の構成図に示した微細加工装置を用いて、円筒状金属基材の外周面にピコ秒レーザを照射した。円筒状金属基材として、アルミ製ロールの表面にクロムメッキされた直径140mmの中空ロールを準備し、使用した。
ピコ秒レーザ発振器には、Light Conversion社製Pharos-20W-1MHzを使用した。波長515nm, 照射エネルギー0.09J/cm2、パルス幅400fsec〜3psecまで可変し、繰り返し周波数600kHzのレーザ光を、前記表面にクロムメッキされた直径140mmのロールの両端を回転可能なチャックコーンで把持し、毎分17回転で回転させながら、ロール表面に照射させ、つなぎ目のないシームレスな周回ナノ周期構造の加工を行い、微細周期構造を有する転写用金型ロールを製造した。
表面に微細周期構造が形成された転写用金型ロールの外観を図６に示す。加工された転写用金型ロールの外観では、シームレスで連続的な周回柄３８を加工することができ、虹色の光干渉色を出すことが観察できた。図６において、虹色の光干渉色が観察された部分を符号Ａで示した。パルス幅が400fs〜3psの範囲でも干渉色がみられナノ周期構造を確認できた。また、かかる製造された転写用金型ロールを用いて、シームレスに連続的に長尺のＰＥＴフィルムにホログラムをエンボス加工することができた。
次に、ピコ秒パルスのレーザを使用して、以下に示す微細周期構造を有する転写用金型ロールを製造した。
図１の構成図に示した微細加工装置を用いて、円筒状金属基材の外周面にピコ秒レーザを照射した。円筒状金属基材として、アルミ製ロールの表面にクロムメッキされた直径140mmの中空ロールを準備し、使用した。
ピコ秒レーザ発振器には、Light Conversion社製Pharos-20W-1MHzを使用した。波長515nm, 照射エネルギー0.09J/cm2、パルス幅400fsec〜3psecまで可変し、繰り返し周波数600kHzのレーザ光を、前記表面にクロムメッキされた直径140mmのロールの両端を回転可能なチャックコーンで把持し、毎分17回転で回転させながら、ロール表面に照射させ、つなぎ目のないシームレスな周回ナノ周期構造の加工を行い、微細周期構造を有する転写用金型ロールを製造した。
表面に微細周期構造が形成された転写用金型ロールの外観を図６に示す。加工された転写用金型ロールの外観では、シームレスで連続的な周回柄３８を加工することができ、虹色の光干渉色を出すことが観察できた。図６において、虹色の光干渉色が観察された部分を符号Ａで示した。パルス幅が400fs〜3psの範囲でも干渉色がみられナノ周期構造を確認できた。また、かかる製造された転写用金型ロールを用いて、シームレスに連続的に長尺のＰＥＴフィルムにホログラムをエンボス加工することができた。
１０：微細加工装置、１２：超短パルスレーザ発振器、１４：光波長変換器、１６：光減衰器、１８：第一ミラー、２０：第二ミラー、２２：波長板、２４：対物レンズ、２６：回転コントローラ、２８：円筒状金属基材、３０：円筒状金属基材の外周面、３２：超短パルスレーザ、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ：シームレス周回柄のパターン作製例、３６：実施例１のシームレス周回柄、３８：実施例２のシームレス周回柄、Ｏ：回転軸、Ｐ：円周方向、Ａ：虹色の光干渉色が観察された部分。
Claims (2)
- 円筒状金属基材を準備する工程と、
前記円筒状金属基材の外周面に超短パルスレーザを照射する工程と、
前記超短パルスレーザの照射により前記円筒状金属基材の外周面にシームレス周回ナノ周期構造を形成し、前記シームレス周回ナノ周期構造による光干渉色を発生するシームレス周回柄を加工する工程と、
を含み、
前記超短パルスレーザが、前記円筒状金属基材の前記外周面と平行に設けられた円形の波長板と、前記波長板を円周方向に回転せしめる回転コントローラと、を備えた微細加工装置から照射せしめられてなり、
前記超短パルスレーザが、フェムト秒レーザ又はピコ秒レーザであり、
照射エネルギーが０．２１Ｊ／ｃｍ ２ 以下であり、
円筒状金属基材の外周面に形成されたシームレス周回ナノ周期構造による虹色の光干渉色を発生するシームレス周回柄を備えてなる
、微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法。 - 前記円筒状金属基材が、長手方向に回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転せしめられながら、前記円筒状金属基材の外周面に前記超短パルスレーザの照射が行われてなる、請求項１記載の微細周期構造を有する転写用金型ロールの製造方法。
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