KR20140027495A - 롤상 금형의 제조방법, 및 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법 - Google Patents

롤상 금형의 제조방법, 및 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법 Download PDF

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Abstract

롤상의 금형 본체를 처리제에 침지시키는 침지 공정과, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로 금형 본체의 일부를 처리제의 액면으로부터 노출시키는 제 1 취출 공정과, 금형 본체의 노출된 부분과 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로 금형 본체와 처리제의 액면을 상대적으로 이동시켜, 금형 본체를 더욱 노출시키는 제 2 취출 공정과, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로 금형 본체 모두를 처리제로부터 취출하는 제 3 취출 공정을 갖고, 제 3 취출 공정에서, 처리제가 유기 용제액인 경우는 금형 본체의 중심축을 0.6° 이상 경사시키고, 처리제가 수용액인 경우는 금형 본체의 중심축을 2° 이상 경사시키는 롤상 금형의 제조방법.

Description

롤상 금형의 제조방법, 및 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING ROLLED METAL MOLDS AND METHOD FOR PRODUCING ARTICLES HAVING MICROCONTOUR STRUCTURES ON SURFACES THEREOF}
본 발명은, 롤상 금형의 제조방법, 및 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법에 관한 것이다.
본원은, 2011년 6월 22일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2011-138300호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
가시광 파장 이하의 주기의 미세 요철 구조를 표면에 갖는 광학 필름 등의 물품은, 반사 방지 기능 등을 발현하기 때문에, 그 유용성이 주목되고 있다. 특히, 모스아이(Moth-Eye) 구조라고 불리는 미세 요철 구조는, 공기의 굴절률로부터 재료의 굴절률로 연속적으로 증대해 나감으로써 유효한 반사 방지 기능을 발현한다는 것이 알려져 있다.
미세 요철 구조를 표면에 갖는 광학 필름의 제조방법으로서는, 기재 필름(피전사체)의 표면에, 금형 표면에 형성된 미세 요철 구조를 전사하는 임프린트법을 들 수 있다. 이 임프린트법으로서는, 예컨대, 하기의 방법이 알려져 있다.
복수의 세공을 갖는 양극 산화 알루미나가 외주면에 형성된 롤상 금형과 투명한 기재 필름 사이에 자외선 경화성 수지가 개재한 상태에서 자외선 경화성 수지에 자외선을 조사하여, 자외선 경화성 수지를 경화시켜, 양극 산화 알루미나의 세공이 반전한 복수의 볼록부를 표면에 갖는 경화 수지층을 형성하고, 이 경화 수지층과 함께 기재 필름을 롤상 금형으로부터 박리하는 광 임프린트법.
또한, 상기 임프린트법에서 이용하는 롤상 금형의 제조방법으로서는, 예컨대, 롤상의 알루미늄 기재를 전해액 중에서 양극 산화시켜, 알루미늄 기재의 외주면에, 복수의 세공을 갖는 양극 산화 알루미나를 형성하는 공정과, 이 세공의 직경을 확대시키는 공정을 반복하여 행하는 방법이 있다.
상기 방법에 의해 제조된 롤상 금형은, 통상, 미세 요철 구조가 형성된 측의 표면의 이형성을 향상시키기 위해서, 처리제에 의해서 추가로 처리된다.
이형성을 향상시키기 위한 금형의 표면 처리 방법으로서, 예컨대 금형을 불소 수지계 윤활 처리제에 침지시켜, 금형 표면에 불소계 수지의 피복층을 설치하는 금형의 표면 처리 방법이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 의하면, 피가공물인 금형을 상하동(上下動)시키는 것에 의해, 불소 수지계 윤활 처리제를 수용한 처리조 내에 금형을 침지 및 취출하여, 금형을 표면 처리하고 있다.
불소 수지계 윤활 처리제는, 통상, 피복층을 형성하는 불소 수지와, 이 불소 수지를 용해하기 위한 희석제를 포함하고, 금형 표면에 부착한 불소 수지계 윤활 처리제의 희석제가 휘발함으로써, 금형 표면에 불소 수지의 피복층이 형성된다.
일본 특허공개 평8-267464호 공보
그런데, 특허문헌 1에 기재된 표면 처리 방법(불소 수지계 윤활 처리제를 수용한 처리조에 금형을 침지시킨 후, 처리조로부터 금형을 취출하여 금형을 표면 처리하는 방법)을 이용하여 롤상 금형을 표면 처리하는 경우는, 롤상 금형의 중심축을 연직 또는 수평으로 하여 롤상 금형을 상하동시켜, 처리조에의 침지 및 처리 조로부터의 취출을 행한다.
그러나, 롤상 금형의 중심축을 연직으로 하여 표면 처리하는 경우, 불소 수지계 윤활 처리제에 침지시킨 상태로부터 취출할 때까지 시간이 걸린다고 하는 문제가 있었다. 특히 롤상 금형의 전장(全長)이 긴 경우에는, 상기의 문제가 현저해진다. 게다가, 처리조도 깊게 할 필요가 있어, 대형의 설비가 필요해진다.
또한, 단시간에 롤상 금형을 취출하면, 표면 처리가 불균일해져, 피복 불균일이 생기기 쉬웠다.
한편, 롤상 금형의 중심축을 수평으로 하여 표면 처리하는 경우, 연직으로 하는 경우에 비하여, 불소 수지계 윤활 처리제에 침지시킨 상태로부터 롤상 금형을 단시간에 취출할 수 있다.
그러나, 롤상 금형이 불소 수지계 윤활 처리제의 액면으로부터 박리될 때에, 불소 수지계 윤활 처리제의 액적이, 수평 상태의 롤상 금형 표면의 최하부(중력 방향을 기준으로 했을 때의 최하부) 전체에 남아 버린다. 액적이 남은 개소는 불소 수지가 다른 부위에 비해 후도(厚塗) 상태가 되어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 롤상 금형(50)의 표면에 1개 힘줄[一本筋]의 얼룩(S)이 발생한다고 하는 문제점이 있었다. 한편, 도 5는, 표면 처리 후의 롤상 금형(50)의 중심축을 180도 회전시켰을 때의 사시도이다.
얼룩 발생의 메커니즘은 이하와 같다. 불소 수지를 용해하는 희석제는 휘발성이지만, 불소 수지 자신은 휘발하지 않기 때문에, 수평 상태의 롤상 금형 표면의 최하부에 표면 장력으로 잔존하고 있는 희석제가 휘발했을 때, 희석제 중의 불소 수지가 응집하여 최하부 전체에 얼룩으로서 남는다.
롤상 금형의 표면에 형성된 미세 요철 구조의 전사는, 예컨대 롤투롤(roll-to-roll)법으로 이음매 없이 행해진다. 롤투롤법의 특징은, 금형의 전장이 길수록, 대면적이고 또한 이음매가 없는 전사가 행해져, 생산성이 높은 것에 있다. 롤투롤법의 전사의 경우, 금형 표면의 전체면을 사용하는 것은 아니고, 금형으로부터의 수지의 비어져 나옴을 막기 위해서, 도 5에 나타낸 바와 같이 금형의 단부의 표면(비전사부(52))은 전사에 사용되지 않고, 중앙부의 표면(전사부(53))이 전사에 사용된다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 롤상 금형(50)의 표면에 1개 힘줄의 얼룩(S)이 발생하면, 전사부(53)에도 얼룩이 존재하게 되기 때문에, 이 얼룩(S)의 모양이 성형품에 전사되어 버려, 제품의 결함이 된다. 특히 나노미터 오더의 요철 구조를 전사하는 롤상 금형의 경우에는, 상기의 문제가 현저해진다.
한편, 롤상 금형의 중심축을 연직으로 하여 표면 처리하는 경우도, 불소 수지계 윤활 처리제의 액적이, 연직 상태의 롤상 금형 표면의 최하부(중력 방향을 기준으로 했을 때의 최하부) 전체에 남아, 불소 수지의 피복층의 두께 불균일에 의한 얼룩이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 얼룩은 롤상 금형의 한쪽 단부의 가장자리부에 링상으로 발생한다.
그러나, 상기한 바와 같이, 금형의 단부의 표면(비전사부)은 전사에 사용되지 않기 때문에, 단부의 가장자리부에 링상으로 얼룩이 발생하더라도, 이 얼룩의 모양이 성형품에 전사될 우려는 없다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 전장이 긴 롤상 금형을 표면 처리하는 경우에도, 롤상 금형 표면의 전사부에서의 얼룩의 발생을 억제하면서, 단시간에 균일하게 표면 처리할 수 있는 롤상 금형의 제조방법, 및 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 이하의 태양을 갖는다.
(1) 롤상의 금형 본체의 표면이 처리제로 처리된 롤상 금형을 제조하는 방법으로서, 상기 금형 본체를 상기 처리제에 침지시키는 침지 공정과, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 상기 금형 본체의 일부를 상기 처리제의 액면으로부터 노출시키는 제 1 취출 공정과, 상기 금형 본체의 노출된 부분과 상기 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 상기 금형 본체와 상기 처리제의 액면을 상대적으로 이동시켜, 상기 금형 본체를 상기 처리제의 액면으로부터 더욱 노출시키는 제 2 취출 공정과, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 상기 금형 본체 모두를 상기 처리제로부터 취출하는 제 3 취출 공정을 갖고, 상기 처리제가 유기 용제액이며, 상기 제 3 취출 공정에서, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 0.6° 이상 경사시키는, 롤상 금형의 제조방법.
(2) 롤상의 금형 본체의 표면이 처리제로 처리된 롤상 금형을 제조하는 방법으로서, 상기 금형 본체를 상기 처리제에 침지시키는 침지 공정과, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 상기 금형 본체의 일부를 상기 처리제의 액면으로부터 노출시키는 제 1 취출 공정과, 상기 금형 본체의 노출된 부분과 상기 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 상기 금형 본체와 상기 처리제의 액면을 상대적으로 이동시켜, 상기 금형 본체를 상기 처리제의 액면으로부터 더욱 노출시키는 제 2 취출 공정과, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 상기 금형 본체 모두를 상기 처리제로부터 취출하는 제 3 취출 공정을 갖고, 상기 처리제가 수용액이며, 상기 제 3 취출 공정에서, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 2° 이상 경사시키는, 롤상 금형의 제조방법.
(3) 상기 제 1 취출 공정, 제 2 취출 공정 및 제 3 취출 공정에서, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시키는, (1) 또는 (2)에 기재된 롤상 금형의 제조방법.
(4) 상기 침지 공정 전에, 상기 금형 본체의 표면에 미세 요철 구조를 형성하는 미세 요철 구조 형성 공정을 추가로 갖는, (1)∼(3) 중 어느 1항에 기재된 롤상 금형의 제조방법.
(5) 상기 미세 요철 구조는 양극 산화 처리에 의해 형성되는, (4)에 기재된 롤상 금형의 제조방법.
(6) (4) 또는 (5)에 기재된 롤상 금형의 제조방법에 의해 얻어진, 롤상 금형의 표면의 미세 요철 구조를 물품 본체의 표면에 전사하는 전사 공정을 갖는, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법.
본 발명에 의하면, 전장이 긴 롤상 금형을 표면 처리하는 경우에도, 롤상 금형 표면의 전사부에서의 얼룩의 발생을 억제하면서, 단시간에 균일하게 표면 처리할 수 있는 롤상 금형의 제조방법, 및 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 이용하는 표면 처리 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의해 얻어진 롤상 금형의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의해 얻어진 롤상 금형을 구비한, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의해 얻어진 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5는 종래의 방법에 의해 얻어진 표면 처리 후의 롤상 금형의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
이하에 본 발명을 상세히 설명한다.
한편, 본 발명에 있어서, 「(메트)아크릴레이트」는 「아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트」를, 「(메트)아크릴로일기」는 「메타크릴로일기 및/또는 아크릴로일기」를 각각 의미한다.
또한, 「활성 에너지선」이란, 전자선, 자외선, 가시광선, 플라즈마, 적외선 등의 열선 등을 의미한다.
「롤상 금형의 제조방법」
본 발명의 롤상 금형의 제조방법은, 롤상의 금형 본체의 표면이 처리제로 처리된 롤상 금형을 제조하는 방법이다.
본 발명의 롤상 금형의 제조방법은, 침지 공정과, 제 1 취출 공정과, 제 2 취출 공정과, 제 3 취출 공정을 갖는다.
상기 롤상 금형의 제조방법은, 침지 공정 전에, 금형 본체의 표면에 미세 요철 구조를 형성하는 미세 요철 구조 형성 공정(본체 제작 공정)을 추가로 갖고 있어도 좋다.
이하, 각 공정에 대하여 설명한다. 한편, 본 명세서에 있어서, 침지 공정과, 제 1 취출 공정과, 제 2 취출 공정과, 제 3 취출 공정을 총칭하여 「표면 처리 공정」이라고 한다.
<미세 요철 구조 형성 공정(본체 제작 공정)>
미세 요철 구조 형성 공정(본체 제작 공정)은, 금형 기재의 표면에 미세 요철 구조가 형성된 롤상의 금형 본체를 제작하는 공정이다.
금형 기재의 재질로서는, 순알루미늄, 알루미늄 합금 등, 일반적으로 금형으로서 이용할 수 있는 재질을 들 수 있다. 금형 기재의 형상은, 롤상이다.
금형 본체의 제작방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 간섭 레이저를 이용한 방법, 양극 산화(양극 산화 처리)를 이용한 방법 등을 들 수 있다. 특히, 심리스(seamless)로 롤상의 금형 본체를 간편히 제조할 수 있다고 하는 점에서, 미세 요철 구조는 양극 산화를 이용하여, 알루미늄 기재의 표면에 복수의 세공(오목부)를 갖는 양극 산화 알루미나(알루미늄의 다공질의 산화 피막: 알루마이트)를 형성하는 방법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
표면에 양극 산화 알루미나를 갖는 금형 본체는, 예컨대 하기 (a)∼(e) 공정을 거쳐 제조할 수 있다.
(a) 롤상의 알루미늄 기재를 전해액 중, 정전압 하에서 양극 산화시켜 산화 피막을 형성하는 공정.
(b) 산화 피막의 적어도 일부를 제거하여, 양극 산화의 세공 발생점을 형성하는 공정.
(c) 롤상의 알루미늄 기재를 전해액 중, 다시 양극 산화시켜, 세공 발생점에 세공을 갖는 산화 피막을 형성하는 공정.
(d) 세공의 직경을 확대시키는 공정.
(e) 상기 (c) 공정과 (d) 공정을 반복하여 행하는 공정.
(a) 공정:
(a) 공정에서는, 롤상의 알루미늄 기재를 전해액 중, 정전압 하에서 양극 산화시켜 산화 피막을 형성한다. 알루미늄 기재를 양극 산화시키면, 세공을 갖는 산화 피막이 형성된다.
알루미늄 기재의 순도는, 99% 이상이 바람직하고, 99.5% 이상이 보다 바람직하고, 99.8% 이상이 특히 바람직하다. 알루미늄 기재의 순도가 낮으면, 양극 산화되었을 때에, 불순물의 편석에 의해 가시광을 산란하는 크기의 요철 구조가 형성되거나, 양극 산화로 얻어지는 세공의 규칙성이 저하되거나 하는 경우가 있다.
전해액으로서는, 황산, 옥살산, 인산 등을 들 수 있다.
옥살산을 전해액으로서 이용하는 경우;
옥살산의 농도는 0.7M 이하가 바람직하다. 옥살산의 농도가 0.7M을 초과하면, 전류치가 지나치게 높아져 산화 피막의 표면이 거칠어지는 경우가 있다.
화성 전압이 30∼60V일 때, 주기가 100nm인 규칙성이 높은 세공을 갖는 양극 산화 알루미나를 얻을 수 있다. 화성 전압이 이 범위보다 높아도 낮아도 규칙성이 저하되는 경향이 있다.
전해액의 온도는 60℃ 이하가 바람직하고, 45℃ 이하가 보다 바람직하다. 전해액의 온도가 60℃를 초과하면, 이른바 「버닝(burning)」이라 부르는 현상이 일어나, 세공이 깨지거나, 표면이 녹아 세공의 규칙성이 흐트러지거나 하는 경우가 있다.
황산을 전해액으로서 이용하는 경우;
황산의 농도는 0.7M 이하가 바람직하다. 황산의 농도가 0.7M을 초과하면, 전류치가 지나치게 높아져서 정전압을 유지할 수 없게 되는 경우가 있다.
화성 전압이 25∼30V일 때, 주기가 63nm인 규칙성이 높은 세공을 갖는 양극 산화 알루미나를 얻을 수 있다. 화성 전압이 이 범위보다 높아도 낮아도 규칙성이 저하되는 경향이 있다.
전해액의 온도는, 30℃ 이하가 바람직하고, 20℃ 이하가 보다 바람직하다. 전해액의 온도가 30℃를 초과하면, 이른바 「버닝」이라 부르는 현상이 일어나, 세공이 깨지거나, 표면이 녹아 세공의 규칙성이 흐트러지거나 하는 경우가 있다.
(b) 공정:
(b) 공정에서는, (a) 공정에서 형성된 산화 피막의 적어도 일부를 제거하여, 양극 산화의 세공 발생점을 형성한다. 양극 산화의 세공 발생점을 형성함으로써 세공의 규칙성을 향상시킬 수 있다.
산화 피막을 제거하는 방법으로서는, 알루미늄을 용해하지 않고, 산화 피막을 선택적으로 용해하는 용액에 용해시켜 제거하는 방법을 들 수 있다. 이러한 용액으로서는, 예컨대 크로뮴산/인산 혼합액 등을 들 수 있다.
(c) 공정:
(c) 공정에서는, 산화 피막의 적어도 일부를 제거한 알루미늄 기재를 전해액 중, 다시 양극 산화시켜, 세공 발생점에 원기둥상의 세공을 갖는 산화 피막을 형성한다.
양극 산화는, (a) 공정과 마찬가지 조건에서 행하면 된다. 양극 산화의 시간을 길게 할수록 깊은 세공을 얻을 수 있다.
(d) 공정:
(d) 공정에서는, (c) 공정에서 형성된 산화 피막의 세공의 직경을 확대시키는 처리(이하, 「세공 직경 확대 처리」라고 한다)를 행한다. 세공 직경 확대 처리는, 산화 피막을 용해하는 용액에 침지하여 양극 산화로 얻어진 세공의 직경을 확대시키는 처리이다. 이러한 용액으로서는, 예컨대 5질량% 정도의 인산 수용액 등을 들 수 있다.
세공 직경 확대 처리의 시간을 길게 할수록, 세공 직경은 커진다.
(e) 공정:
(e) 공정에서는, (c) 공정의 양극 산화와, (d) 공정의 세공 직경 확대 처리를 반복한다. 그렇게 하면, 직경이 개구부로부터 깊이 방향으로 연속적으로 감소하는 형상의 세공을 갖는 양극 산화 알루미나가 형성되어, 알루미늄 기재의 표면에 양극 산화 알루미나를 갖는 롤상의 금형 본체가 얻어진다.
반복 횟수는, 합계로 3회 이상이 바람직하고, 5회 이상이 보다 바람직하다. 반복 횟수가 2회 이하이면, 비연속적으로 세공의 직경이 감소하기 때문에, 이러한 세공을 갖는 양극 산화 알루미나를 이용하여 제조된 미세 요철 구조의 반사율 저감 효과는 불충분해지는 경우가 있다.
이렇게 하여 제작된 금형 본체의 표면에는, 세공(오목부)이 복수 형성되어, 요철 구조가 구성된다. 요철 구조의 오목부의 형상으로서는, 원뿔상·조종상(釣鐘狀)·첨예상(尖銳狀) 등, 깊이 방향과 직교하는 방향의 오목부의 단면적이 최표면으로부터 깊이 방향으로 연속적 또는 계단상으로 감소하는 형상이 바람직하다.
요철 구조의 이웃하는 오목부의 평균 간격은 400nm 이하가 바람직하고, 250nm 이하가 보다 바람직하다. 이웃하는 오목부의 평균 간격이 400nm보다 크면 가시광을 산란하기 때문에, 롤상 금형을 이용하여 미세 요철 구조를 전사한 성형체를 반사 방지 물품으로서 사용하는 경우, 투명성이 저하되는 경우가 있다.
또한, 오목부의 평균 깊이는 80∼500nm가 바람직하고, 120∼400nm가 보다 바람직하고, 150∼300nm가 특히 바람직하다.
<표면 처리 공정>
표면 처리 공정은, 금형 본체의 표면을 처리제로 처리하는 공정이다. 침지 공정 전에 미세 요철 구조 형성 공정(본체 제작 공정)을 행하는 경우, 표면 처리 공정은 상기 본체 제작 공정에서 얻어진 금형 본체의 미세 요철 구조가 형성된 표면을 처리제로 처리하는 공정이다.
금형 본체를 표면 처리함으로써, 롤상 금형의 미세 요철 구조를 전사할 때에, 전사에 이용하는 수지 재료가 미세 요철 구조의 오목부에 가득차는 것을 억제할 수 있다. 특히, 표면에 나노미터 오더의 미세한 요철 구조가 형성된 롤상 금형을 전사에 이용하는 경우에는, 일단, 수지 재료가 오목부에 가득차면 제거하기 어려워지기 때문에, 금형 본체를 표면 처리해 둔다.
표면 처리 공정은, 침지 공정과, 제 1 취출 공정과, 제 2 취출 공정과, 제 3 취출 공정으로 구성된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서는, 금형 본체를 처리제에 침지시킨 후, 상기 처리제로부터 금형 본체를 취출하여, 금형 본체의 표면을 처리제로 처리한다. 침지 공정 전에 미세 요철 구조 형성 공정(본체 제작 공정)을 행하는 경우는, 본체 제작 공정에서 얻어진 금형 본체를 처리제에 침지시킨 후, 이 처리제로부터 금형 본체를 취출하여, 금형 본체의 미세 요철 구조가 형성된 표면을 윤활 처리제로 처리한다.
한편, 금형 본체를 표면 처리하기 전에, 표면 상태를 청정한 상태로 해 놓는 것이 바람직하고, 특히 얼룩, 이물 등의 부착이 있는 경우는, 이들을 제거해 두는 것이 바람직하다.
이하, 표면 처리 공정에 대하여 상세히 설명한다.
(처리제)
처리제로서는, 예컨대 윤활 처리제를 들 수 있고, 구체적으로는 불소계 수지나 인산 에스터 화합물 등을 들 수 있다.
처리제로서는, 불소계 수지가 유기 용제로 이루어지는 희석제에 용해된 불소 수지계 윤활 처리제 등의 유기 용제액, 인산 에스터 화합물이 물에 용해된 인산 에스터계 윤활 처리제 등의 수용액 등을 이용하는 것이 바람직하다.
불소 수지계 윤활 처리제로서는, 금형 본체의 표면에 존재하는 작용기(A)와 반응할 수 있는 작용기(B)를 갖는 처리제를 들 수 있다.
여기서, 작용기(A)란, 금형 본체의 표면에 존재하는 작용기를 말하고, 불소 수지계 윤활 처리제가 갖고 있는 반응성의 작용기(B)와 반응하여, 화학 결합을 형성할 수 있는 기를 의미한다.
작용기(A)로서는, 하이드록실기, 아미노기, 카복실기, 머캅토기, 에폭시기, 에스터기 등을 들 수 있고, 불소 수지계 윤활 처리제가 반응성의 작용기(B)로서 갖는 경우가 많은 가수 분해성 실릴기와의 반응성이 좋은 점에서, 하이드록실기가 특히 바람직하다.
전술한 금형 기재가 본래부터 작용기(A)를 갖고 있으면, 금형 본체의 표면에 작용기(A)가 존재한다. 한편, 불소 수지계 윤활 처리제로 처리되는 표면이 양극 산화 알루미나인 경우, 작용기(A)는 하이드록실기이다.
금형 본체의 상기 미세 요철 구조가 형성된 측의 표면에 작용기(A)가 존재하지 않는 경우는, 예컨대 하기의 방법(1), 방법(2) 등에 의해서 작용기(A)를 도입할 수도 있다.
방법(1): 금형 본체의 미세 요철 구조가 형성된 측의 표면을 플라즈마 처리하는 것에 의해, 상기 표면에 작용기(A)를 도입하는 방법.
방법(2): 금형 본체의 미세 요철 구조가 형성된 측의 표면을, 작용기(A) 또는 그 전구체를 갖는 화합물(실레인 커플링제 등)로 처리하는 것에 의해, 상기 표면에 작용기(A)를 도입하는 방법.
작용기(B)란, 작용기(A)와 반응하여 화학 결합을 형성할 수 있는 기 또는 상기 기로 용이하게 변환할 수 있는 기를 의미한다.
작용기(A)가 하이드록실기인 경우, 작용기(B)로서는, 가수 분해성 실릴기, 실란올기, 티타늄 원자 또는 알루미늄 원자를 포함하는 가수 분해성 기 등을 들 수 있고, 하이드록실기와의 반응성이 좋은 점에서, 가수 분해성 실릴기 또는 실란올기가 바람직하다. 가수 분해성 실릴기란, 가수 분해에 의해서 실란올기(Si-OH)를 생성하는 기이며, Si-OR1(R1은 알킬기이다), Si-X(X는 할로젠 원자이다) 등을 들 수 있다.
불소 수지계 윤활 처리제의 구체예로서는, 예컨대 작용기(B)를 갖는 불소 수지, 작용기(B)를 갖는 불소 화합물 등을 들 수 있고, 가수 분해성 실릴기를 갖는 불소 화합물이 특히 바람직하다.
가수 분해성 실릴기를 갖는 불소 화합물의 시판품으로서는, 예컨대, 플루오로알킬실레인, 신에츠화학공업사(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)제의 「KBM-7803」, 다이킨공업사(Daikin Industries, Ltd.)제의 「오프툴(OPTOOL)」 시리즈(예컨대 「오프툴 DSX」 등), 스미토모스리엠사(Sumitomo 3M Limited)제의 「노벡(NOVEC) EGC-1720」 등을 들 수 있다. 한편, 「오프툴」 시리즈를 이용하는 경우는, 「오프툴 DSX」 단체로 사용하거나, 「오프툴 DSX」를 희석제(예컨대 다이킨공업사제의 「오프툴 HD-ZV」)로 희석시켜 사용하거나 한다.
한편, 인산 에스터 화합물로서는, 폴리옥시에틸렌알킬인산 에스터 화합물을 이용하는 것이 바람직하고, 하기 화학식 I로 표시되는 적어도 1종의 폴리옥시에틸렌알킬인산 에스터 화합물이 특히 바람직하다.
[화학식 I]
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화학식 I 중, R2는 알킬기를 나타내고, m은 1∼20이며, n은 1∼3이다.
R2는 탄소수가 3∼18인 알킬기가 바람직하다.
m은 에틸렌 옥사이드의 평균 부가 몰수를 나타내고, 1∼10이 바람직하다.
화학식 I로 표시되는 폴리옥시에틸렌알킬인산 에스터 화합물은, 모노에스터체, 다이에스터체, 트라이에스터체 중 어느 것이어도 좋다. 또한, 다이에스터체 또는 트라이에스터체인 경우, 1분자 중의 복수의 폴리옥시에틸렌알킬 잔기는, 각각 상이해도 좋다.
화학식 I로 표시되는 폴리옥시에틸렌알킬인산 에스터 화합물의 시판품으로서는, 예컨대, 죠호쿠화학공업사(Johoku Chemical Co., Ltd.)제의 「JP-506H」, 악셀사(Axel Plastics Research Laboratories, Inc.)제의 몰드위즈(MoldWiz)(등록상표) 시리즈의 「INT-1856」, 닛코케미칼즈사(Nikko Chemicals Co., Ltd.)제의 「TDP-10」, 「TDP-8」, 「TDP-6」, 「TDP-2」, 「DDP-10」, 「DDP-8」, 「DDP-6」, 「DDP-4」, 「DDP-2」, 「TLP-4」, 「TCP-5」, 「DLP-10」 등을 들 수 있다(이상, 모두 상품명). 이들은, 1종을 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
인산 에스터 화합물의 농도는, 금형의 이형성을 확보할 수 있는 농도이면 된다. 인산 에스터 화합물의 농도는, 윤활 처리제의 용액 중 0.001∼10질량%가 바람직하고, 0.01∼1질량%가 보다 바람직하고, 0.05∼0.5질량%가 더 바람직하다. 또한, 윤활 처리제는, 취급성을 개선할 목적으로, 소포제 등을 포함하고 있어도 좋다.
(처리제에의 침지(침지 공정))
침지 공정은, 금형 본체를 처리제에 침지시키는 공정이다.
금형 본체를 처리제에 침지시키는 방법의 일례에 대하여, 도 1을 참조하면서 이하에 나타내지만, 본 발명은 이하의 방법에 한정되지 않는다.
한편, 이하에 설명하는 침지 공정 및 제 1∼제 3 취출 공정은, 처리제로서 윤활 처리제를 이용한 경우의 예이다.
도 1은, 본 발명에 이용하는 표면 처리 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 이 예의 표면 처리 장치(20)는, 윤활 처리제(21)를 수용하는 처리조(22)와, 처리조(22) 내에 설치된, 금형 본체(11)를 경사시켜 지지하는 경사 기구(23)와, 윤활 처리제(21)를 처리조(22)의 저부로부터 발액(발액)하는 발액 수단(24)과, 처리조(22)로부터 발액된 윤활 처리제(21)를 수취하는 수취조(25)를 구비한다.
이 예의 처리조(22)에는, 그 주위에 바깥 해자와 같은 구조를 갖는 외조(도시 생략)가 인접하여 구비되어 있어, 처리조(22)로부터 넘쳐 나온 윤활 처리제(21)를 외조가 받아낼 수 있게 되어 있다. 또한, 외조와 처리조(22)는 배관에 의해 접속되어 있어, 외조에 괸 윤활 처리제(21)를 순환 펌프(도시 생략)에 의해 처리조(22)에 공급할 수 있게 되어 있다.
경사 기구(23)는, 한 쌍의 지지 부재(23a, 23b)로 구성되고, 샤프트(26a, 26b)가 부착 가능하게 되어 있다. 지지 부재(23a, 23b)는 각각 높이를 조절할 수 있어, 금형 본체(11)의 중심축의 경사 각도를 조정할 수 있게 되어 있다.
샤프트(26a, 26b)의 일단에는, 금형 본체(11)에 샤프트(26a, 26b)를 장착시키기 위한 장착 부재(27a, 27b)가 설치되어 있다.
표면 처리 장치(20)에 금형 본체(11)를 배치하는 방법으로서는 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 금형 본체(11)의 양단에 장착 부재(27a, 27b)를 통해서 샤프트(26a, 26b)를 장착하고, 금형 본체(11)의 경사 각도(중심축과 수평면이 이루는 각도)를 조정한 후, 미리 각각 높이를 조절해 둔 지지 부재(23a, 23b)에 샤프트(26a, 26b)를 부착하여, 금형 본체(11)를 경사 기구(23)에 세팅한다. 이 때, 처리조(22)에는, 윤활 처리제(21)는 공급되어 있지 않다.
금형 본체(11)를 경사 기구(23)에 세팅한 후, 처리조(22)에 윤활 처리제(21)를 공급하여, 금형 본체(11)를 윤활 처리제(21)에 침지시킨다.
윤활 처리제(21)의 공급은, 우선 외조(도시 생략)에 윤활 처리제(21)를 공급하고, 외조로부터 처리조(22)로 순환 펌프(도시 생략)를 이용하여 윤활 처리제(21)를 처리조(22)에 공급한다. 윤활 처리제(21)는, 처리조(22)의 저부로부터 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 외조로부터 윤활 처리제(21)를 공급할 때는, 처리조(22)에 뚜껑을 씌워도 좋다. 뚜껑을 씌우는 것에 의해, 윤활 처리제(21)의 공급에 따른, 금형 본체(11)의 표면에의 비산을 막을 수 있어, 이것에 기인하는 금형 표면의 얼룩을 억제할 수 있다.
외조로부터 처리조(22)로 순환 펌프로 윤활 처리제(21)를 공급 계속하면, 윤활 처리제(21)는 처리조(22)로부터 외조로 넘쳐가서(오버플로우), 다시 외조로부터 순환 펌프로 처리조(22)에 공급된다. 이와 같이 외조는 오버플로우의 수조(受槽)와 윤활 처리제(21)를 처리조(22)에 공급하기 위한 버퍼조로서의 역할이 있다.
그런데, 처리조(22)로부터 외조로 윤활 처리제(21)가 오버플로우할 때에, 표면 처리 장치(20)의 각 부재(처리조(22)나 배관 등), 윤활 처리제(21), 및 금형 본체(11) 등에서 유래하는 파티클, 먼지 등의 이물도 외조로 갖고 들어가지는 경우가 있다.
따라서, 외조로부터 윤활 처리제(21)를 공급할 때는, 필터(도시 생략)를 통해서 윤활 처리제(21)를 여과하고 나서, 처리조(22)에 공급하는 것이 바람직하다. 여과를 행함으로써, 이물이 제거되어, 청정한 윤활 처리제(21)를 처리조(22)에 공급할 수 있다.
또한, 오버플로우시킴으로써도 액면에 뜬 이물을 처리조(22)로부터 제거하는 효과가 얻어진다. 특히, 액면에 부유하는 이물은, 표면 처리 공정 후에 금형을 건조시킬 때에 금형 표면에 부착되는 경우가 많아, 특히 나노미터 오더의 요철 구조를 전사하는 금형의 경우에는 금형 표면의 이물은 현저한 문제가 된다.
이러한 관점에서, 순환 펌프의 접액부나 배관, 조, 지그류 등, 윤활 처리제(21)와 접촉하는 부재는, 이물을 발생시키기 어려운 재질인 것이 요망되고, 내용제성을 갖는 재질이 바람직하고, 구체적으로는 SUS, 알루미늄, 구리 등의 금속류나 불소계 수지 등이 적합하다.
또한, 같은 이유로, 순환 펌프는 접동부(摺動部)에 의한 파티클 발생이 적은 것이 바람직하다.
또한, 필터는 이물을 여과시키기 위해서, 눈이 가는 것일수록 바람직하다. 필터 구멍은, 바람직하게는 공경 0.45μm 이하이며, 보다 바람직하게는 공경 0.2μm 이하이다.
금형 본체(11)를 윤활 처리제(21)에 침지시킬 때의 침지 온도는, 처리조(22) 내에서의 휘발을 억제하기 위해서, 0℃ 이상 50℃ 이하가 바람직하다.
또한, 침지 시간은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 윤활 처리제(21)로서 전술한 다이킨공업사제의 「오프툴 」시리즈를 이용하는 경우는, 5분 이상이 바람직하다.
한편, 금형 본체의 윤활 처리제에의 침지 방법은, 상기한 방법에 한정되지 않는다. 예컨대, 샤프트(26a, 26b)를 장착한 금형 본체(11)를 지지 부재(23a, 23b)에 부착한 후에, 지지 부재(23a, 23b)의 높이를 각각 조절하여, 금형 본체(11)의 경사 각도를 조정할 수도 있다. 이 경우, 경사 각도의 조정은, 처리조(22)에 윤활 처리제(21)를 공급하기 전이어도 좋고, 공급한 후(예컨대 금형 본체(11)를 윤활 처리제(21)로부터 취출할 때)여도 좋다.
또한, 상기한 방법에서는, 표면 처리 장치(20)의 경사 기구(23)에 금형 본체(11)를 세팅한 후에 윤활 처리제(21)를 처리조(22)에 공급하고 있지만, 처리조(22)에 윤활 처리제(21)가 수용된 상태로, 경사 기구(23)에 금형 본체(11)를 세팅해도 좋다.
(처리제로부터의 취출(제 1∼제 3 취출 공정))
처리제로부터의 금형 본체의 취출은, 제 1 취출 공정, 제 2 취출 공정, 제 3 취출 공정을 순차로 거쳐 행해진다.
제 1 취출 공정은, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 금형 본체의 일부를 윤활 처리제의 액면으로부터 노출시키는 공정이다.
제 1 취출 공정에서는, 금형 본체의 중심축이 수평이 된 상태일 때의 금형 본체의 주면에서의 최상부(중력 방향을 기준으로 한 경우의 최상부)의 적어도 일부를 윤활 처리제의 액면으로부터 노출시키는 것이 바람직하고, 최상부 모두를 윤활 처리제의 액면으로부터 노출시키는 것이 보다 바람직하다.
제 1 취출 공정에서의 금형 본체의 경사 각도, 즉 금형 본체의 중심축과 수평면이 이루는 각도에 관해서는 특별히 제한되지 않지만, 윤활 처리제가 유기 용제액인 경우는, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 0.6° 이상 경사시키는 것이 바람직하다. 경사 각도가 0.6° 이상이면, 금형 본체가 윤활 처리제 액면으로부터 떼어질 때의 액잔(液殘)이, 금형 본체의 한쪽 단부 표면의 1개소에 집중하기 쉬워져, 상세하게는 후술하지만, 도 2에 나타내는 전사부(13)에 얼룩이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
윤활 처리제가 유기 용제액인 경우의 경사 각도의 상한치에 관해서는 특별히 제한되지 않지만, 금형 본체의 전장이 길수록 경사 각도는 작은 편이 바람직하고, 예컨대 45° 이하가 바람직하고, 10° 이하가 보다 바람직하고, 5° 이하가 더 바람직하다. 경사 각도가 45° 이하이면, 금형 본체를 경사시킨 상태로 금형 본체를 침지시키기 위해서 필요한 윤활 처리제의 액량을 저감할 수 있다.
한편, 윤활 처리제가 수용액인 경우는, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 2° 이상 경사시키는 것이 바람직하다. 경사 각도가 2° 이상이면, 금형 본체가 윤활 처리제 액면으로부터 떼어질 때의 액잔이, 금형 본체의 한쪽 단부 표면의 1개소에 집중하기 쉬워져, 도 2에 나타내는 전사부(13)에 얼룩이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
윤활 처리제가 수용액인 경우의 경사 각도의 상한치에 관해서는 특별히 제한되지 않지만, 금형 본체의 전장이 길수록 경사 각도는 작은 편이 바람직하고, 예컨대 45° 이하가 바람직하고, 10° 이하가 보다 바람직하고, 5° 이하가 더 바람직하다. 경사 각도가 45° 이하이면, 금형 본체를 경사시킨 상태로 금형 본체를 침지시키기 위해서 필요한 윤활 처리제의 액량을 저감할 수 있다.
제 2 취출 공정은, 제 1 취출 공정에 의해 윤활 처리제의 액면으로부터 노출된, 금형 본체의 노출된 부분과 윤활 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 금형 본체와 윤활 처리제의 액면을 상대적으로 이동시켜, 금형 본체를 처리제의 액면으로부터 더욱 노출시키는 공정이다.
제 2 취출 공정에서는, 금형 본체의 중심축이 수평이 된 상태일 때의 금형 본체의 주면에서의 최하부(중력 방향을 기준으로 한 경우의 최하부)가 윤활 처리제의 액면으로부터 노출되기 직전까지, 금형 본체를 윤활 처리제의 액면으로부터 노출시키는 것이 바람직하다.
여기서, 「메니스커스」란, 금형 본체의 표면과, 이 표면에 닿아 있는 윤활 처리제로 형성되는, 윤활 처리제의 오목 형상으로 만곡된 액면을 말한다.
메니스커스가 유지된 상태로 금형 본체와 윤활 처리제의 액면을 상대적으로 이동시키면, 윤활 처리제가 금형 본체의 표면에 균일하게 부착하면서, 윤활 처리제가 금형 본체로부터 떨어진 부분으로부터 서서히 건조되어 나가, 균일하게 표면 처리된 롤상 금형이 얻어진다.
금형 본체와 윤활 처리제의 액면을 상대적으로 이동시키는 방법으로서는, 예컨대, 경사진 금형 본체를 고정한 상태로 윤활 처리제를 처리조로부터 발액하는 방법, 경사진 금형 본체를 그대로 연직 상향으로 이동시켜 윤활 처리제로부터 끌어 올리는 방법, 윤활 처리제를 처리조로부터 발액하면서, 경사진 금형 본체를 그대로 연직 상향으로 이동시키는 방법 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 메니스커스의 상태를 안정되게 유지할 수 있고, 또한 표면 처리 장치를 간이화할 수 있는 점에서, 경사진 금형 본체를 고정한 상태로 윤활 처리제를 처리조로부터 발액하는 방법이 바람직하다.
제 2 취출 공정에서, 금형 본체와 윤활 처리제의 액면은, 메니스커스가 유지되는 범위 내의 속도로 상대적으로 이동시킨다. 제 2 취출 공정에서, 메니스커스가 유지되지 않는 속도로 금형 본체와 윤활 처리제의 액면을 상대적으로 이동시키면, 표면 처리가 불균일해져, 금형 본체의 표면에 메니스커스의 분단에 의해서 생긴 액잔이 발생하여, 이것이 응집하여 얼룩으로서 남게 된다.
여기서, 「메니스커스가 분단된다」란, 금형 본체의 표면에 메니스커스로부터 분단된, 시인 가능한 액적 등이 금형 본체의 전사부 표면에 발생하는 것이다. 한편, 「메니스커스가 유지된 상태」란, 윤활 처리제의 액면으로부터 끌어 올려진 금형 본체의 전사부에, 시인되는 액적이 존재하지 않는 상태를 가리킨다.
이와 같이, 메니스커스가 유지되는가 여부는, 주로 금형 본체와 윤활 처리제의 액면의 상대 이동 속도 외에, 금형 기재의 재질, 윤활 처리제의 종류 등에 의해서 결정된다. 또한, 이 상대 이동 속도는, 후술하는 금형 본체의 경사 각도에 의해서 결정된다. 예컨대, 경사 각도가 같은 경우, 상대 이동 속도가 느릴수록, 메니스커스는 유지되기 쉬워진다. 또한, 경사 각도가 작을수록, 메니스커스를 유지하면서 상대 이동 속도를 빠르게 할 수 있다.
윤활 처리제로서 불소 수지계 윤활 처리제 등의 유기 용제액을 이용하는 경우, 상대 이동 속도는 0.03∼0.3mm/초가 바람직하다.
윤활 처리제로서 인산 에스터계 윤활 처리제 등의 수용액을 이용하는 경우, 상대 이동 속도는 0.001∼0.05mm/초가 바람직하다.
제 2 취출 공정에서는, 금형 본체의 경사 각도에 관해서는 특별히 제한되지 않지만, 제 1 공정과 같은 경사 각도로 하는 것이 바람직하다.
제 3 취출 공정은, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 금형 본체 모두를 윤활 처리제로부터 취출하는 공정이다.
윤활 처리제가 유기 용제액인 경우, 제 3 취출 공정에서는 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 0.6° 이상 경사시킨다. 경사 각도가 0.6° 이상이면, 금형 본체가 윤활 처리제 액면으로부터 떼어질 때의 액잔이, 금형 본체의 한쪽 단부 표면의 1개소에 집중하기 쉬워져, 도 2에 나타내는 전사부(13)에 얼룩이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
윤활 처리제가 유기 용제액인 경우의 경사 각도의 상한치에 관해서는 특별히 제한되지 않지만, 취출할 때의 설비의 간소화나 공간 절약의 관점에서, 금형 본체의 전장이 길수록 경사 각도는 작은 편이 바람직하고, 예컨대 45° 이하가 바람직하고, 10° 이하가 보다 바람직하고, 5° 이하가 더 바람직하다.
한편, 윤활 처리제가 수용액인 경우는, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 2° 이상 경사시킨다. 경사 각도가 2° 이상이면, 금형 본체가 윤활 처리제 액면으로부터 떼어질 때의 액잔이, 금형 본체의 한쪽 단부 표면의 1개소에 집중하기 쉬워져, 도 2에 나타내는 전사부(13)에 얼룩이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
윤활 처리제가 수용액인 경우의 경사 각도의 상한치에 관해서는 특별히 제한되지 않지만, 취출할 때의 설비의 간소화나 공간 절약의 관점에서, 금형 본체의 전장이 길수록 경사 각도는 작은 편이 바람직하고, 예컨대 45° 이하가 바람직하고, 10° 이하가 보다 바람직하고, 5° 이하가 더 바람직하다.
제 1 취출 공정, 제 2 취출 공정, 제 3 취출 공정을 순차로 거쳐 금형 본체를 윤활 처리제로부터 취출하면, 금형 본체가 경사져 있기 때문에, 금형 본체가 윤활 처리제 액면으로부터 떼어질 때의 액잔이, 금형 본체의 한쪽 단부 표면의 1개소(즉, 최후까지 윤활 처리제에 닿고 있는 부분)에 집중한다. 따라서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 액잔에 기인한 얼룩(S)의 발생은, 롤상 금형(10)의 단부의 표면(비전사부(12))의 1개소에서 일어나, 중앙부의 표면(전사부(13))에서의 얼룩의 발생을 막을 수 있다. 상기한 바와 같이, 롤투롤법의 전사에서는, 롤상 금형(10)의 중앙부의 표면(전사부(13))이 전사에 사용되고, 단부의 표면(비전사부(12))은 전사에 사용되지 않는다. 따라서, 비전사부(12)에 얼룩(S)이 발생하더라도, 상기 얼룩의 모양이 성형품에 전사될 우려는 없다.
한편, 도 2는, 본 발명에 의해 얻어진 롤상 금형(10)의 중심축을 180도 회전시켰을 때의 일례를 나타내는 사시도이다.
제 1 취출 공정, 제 2 취출 공정 및 제 3 취출 공정에서는, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시키는 것이 바람직하다. 모든 취출 공정에서 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시키면, 금형 본체의 중심축이 수평이 된 상태일 때의 금형 본체의 주면에서의 최상부에 윤활 처리제가 액잔하여 액 늘어짐 등의 원인이 되는 것, 윤활 처리제의 액적이 전사부(12)에 남아 얼룩 등의 원인이 되는 것, 금형 본체의 중심축이 수평이 된 상태일 때의 금형 본체의 주면에서의 최하부에 힘줄 형상의 얼룩 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 1 취출 공정, 제 2 취출 공정 및 제 3 취출 공정에서는, 금형 본체의 표면과 윤활 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 금형 본체와 윤활 처리제의 액면을 상대적으로 이동시키는 것이 바람직하다. 모든 취출 공정에서 메니스커스를 유지한 상태로 금형 본체와 윤활 처리제의 액면을 상대적으로 이동시키면, 금형 본체의 주면에서의 최상부의 액잔, 전사부(12)나 금형 본체의 주면에서의 최하부에서의 얼룩의 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서, 표면 처리 공정에서는, 금형 본체를 윤활 처리제에 침지시킨 후, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 또한 금형 본체의 표면과 윤활 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 금형 본체와 윤활 처리제의 액면을 상대적으로 이동시켜, 윤활 처리제로부터 금형 본체를 취출하는 것이 바람직하다.
금형 본체를 경사시키는 방법에 관해서는, 예컨대 상기한 바와 같이 도 1에 나타내는 표면 처리 장치(20)의 경사 기구(23)를 이용하여 경사시키는 방법을 들 수 있다. 이밖에도, 예컨대 샤프트(26a, 26b)에 길이가 다른 쇄를 대들보 등에 매다는 방법으로, 금형 본체(11)를 경사시켜도 좋다.
또한, 금형 본체를 경사시키는 타이밍에 관해서는, 윤활 처리제에 금형 본체를 침지시킬 때여도 좋고, 윤활 처리제로부터 취출하기 전이어도 좋다. 작업성을 고려하면, 예컨대 도 1에 나타내는 표면 처리 장치(20)를 이용하여, 윤활 처리제에의 침지시에 금형 본체를 경사시켜 놓는 것이 바람직하다. 또한, 윤활 처리제에의 침지시에 금형 본체를 경사시켜 놓으면, 메니스커스를 유지한 상태로 윤활 처리제를 처리조로부터 발액하는 것만으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전사부(13)에서의 얼룩의 발생을 용이하게 막을 수 있다.
처리조로부터 윤활 처리제를 발액할 때는, 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이, 발액 수단(24)을 통해서 처리조(22)의 저부로부터 윤활 처리제(21)를 발액한다. 발액된 윤활 처리제(21)는, 수취조(25)에 회수된다.
발액 방법은, 메니스커스를 유지한 상태로 발액할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 자연 낙차 발액이어도 좋고, 정량 발액이어도 좋다.
자연 낙차 발액은, 도 1에 나타낸 바와 같이 처리조(22)의 저부에 밸브(28)를 설치함으로써 발액이 가능한 방법으로, 구조가 단순하며 저비용이다. 자연 낙차 발액은, 밸브(28)의 개도(開度)가 일정한 경우, 윤활 처리제(21)의 액면의 높이로 발액 유량이 변화된다. 즉, 발액 시작은 윤활 처리제(21)의 액면의 높이가 높기 때문에, 액압이 높아, 발액 유량이 많다(즉, 금형 본체(11)의 윤활 처리제(21)액면에 대한 상대 속도가 빠르다). 반면, 발액 종반은 윤활 처리제(21)의 액면의 높이가 낮기 때문에, 발액 유량이 적다(즉, 금형 본체(11)의 윤활 처리제(21) 액면에 대한 상대 속도가 느리다). 또한, 윤활 처리제(21)의 액면의 높이가 같아도, 밸브(28)의 개도에 따라 발액 유량을 변경하는 것이 가능하다.
한편, 정량 발액은, 예컨대 정량 펌프를 이용하는 방법이 있고, 펌프는 펌프 입구측의 액 맥동이 적은 것이 바람직하다. 또한, 펌프의 접액부는 윤활 처리제에 내성이 있는 재질로 구성되어 있는 것이 바람직하고, 예컨대, 바이톤(등록상표), 폴리사불화에틸렌 등을 들 수 있다.
<그 밖의 공정>
표면 처리된 금형 본체는, 그대로 롤상 금형으로서 이용할 수 있지만, 필요에 따라 표면 처리 공정 후에, 표면 처리된 금형 본체를 건조시켜도 좋다(건조 공정).
표면 처리된 금형 본체를 건조시키는 경우는, 풍건이어도 좋고, 건조기 등에 의한 가열 건조여도 좋다.
<작용 효과>
이상 설명한 본 발명의 롤상 금형의 제조방법은, 표면 처리 공정 중, 적어도 제 1 취출 공정 및 제 3 취출 공정에서, 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 윤활 처리제로부터 금형 본체를 취출한다. 따라서, 금형 본체의 중심축을 연직으로 하여 표면 처리하는 경우에 비하여 단시간에 금형 본체를 윤활 처리제로부터 취출할 수 있어, 단시간에서의 표면 처리가 가능해진다.
또한, 본 발명의 롤상 금형의 제조방법은, 표면 처리 공정 중, 적어도 제 2 취출 공정에서, 금형 본체의 표면과 윤활 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 금형 본체와 윤활 처리제의 액면을 상대적으로 이동시켜, 윤활 처리제로부터 금형 본체를 취출한다. 따라서, 롤상 금형 표면의 전사부에서의 얼룩의 발생을 억제하면서, 균일하게 표면 처리할 수 있다. 따라서, 롤상 금형의 미세 요철 구조를 성형품에 전사하더라도, 얼룩의 모양은 전사되지 않는다.
상기 롤상 금형의 제조방법은, 전장이 짧은 롤상 금형을 제조하는 경우는 물론, 전장이 긴 롤상 금형을 제조하는 경우에도 적합하며, 금형 본체의 중심축을 연직으로 하여 표면 처리하는 경우와 같이 처리조를 금형 본체의 전장에 맞추어 깊게 할 필요가 없다.
「미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법」
본 발명의, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법은, 미세 요철 구조 형성 공정(본체 제작 공정)을 갖는 롤상 금형의 제조방법으로 얻어진, 롤상 금형의 표면에 형성된 복수의 세공으로 이루어지는 미세 요철 구조를, 물품 본체의 표면에 전사하는 전사 공정을 갖는다.
롤상 금형의 미세 요철 구조(세공)를 전사하여 제조된 물품은, 그 표면에 롤상 금형의 미세 요철 구조의 반전 구조(볼록부)가, 열쇠와 열쇠 구멍의 관계로 전사된다.
롤상 금형의 미세 요철 구조를 물품 본체의 표면에 전사하는 방법으로서는, 예컨대, 롤상 금형과 투명 기재(물품 본체) 사이에 미경화 활성 에너지선 경화성 수지 조성물을 충전하고, 롤상 금형의 미세 요철 구조에 활성 에너지선 경화성 수지 조성물이 접촉한 상태로, 활성 에너지선을 조사하여 활성 에너지선 경화성 수지 조성물을 경화시킨 후에 롤상 금형을 이형하는 방법이 바람직하다. 이것에 의해서, 투명 기재의 표면에, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물의 경화물로 이루어지는 미세 요철 구조가 형성된 물품을 제조할 수 있다. 얻어진 물품의 미세 요철 구조는, 롤상 금형의 미세 요철 구조의 반전 구조가 된다.
<물품 본체>
투명 기재로서는, 활성 에너지선의 조사를, 상기 투명 기재를 통해서 행하기 때문에, 활성 에너지선의 조사를 현저히 저해하지 않는 것이 바람직하다. 투명 기재의 재료로서는, 예컨대 폴리에스터 수지(폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트 등), 폴리메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 염화 바이닐 수지, ABS 수지, 스타이렌 수지, 유리 등을 들 수 있다.
<활성 에너지선 경화성 수지 조성물>
활성 에너지선 경화성 수지 조성물을 이용하는 방법은, 열경화성 수지 조성물을 이용하는 방법에 비하여 가열이나 경화 후의 냉각을 필요로 하지 않기 때문에, 단시간에 미세 요철 구조를 전사할 수 있어, 양산에 적합하다.
활성 에너지선 경화성 수지 조성물의 충전 방법으로서는, 롤상 금형과 투명 기재 사이에 활성 에너지선 경화성 수지 조성물을 공급한 후에 압연하여 충전하는 방법, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물을 도포한 롤상 금형 상에 투명 기재를 라미네이트하는 방법, 미리 투명 기재 상에 활성 에너지선 경화성 수지 조성물을 도포하여 롤상 금형에 라미네이트하는 방법 등을 들 수 있다.
활성 에너지선 경화성 수지 조성물은, 중합 반응성 화합물과, 활성 에너지선 중합 개시제를 함유한다. 상기 외에, 용도에 따라 비반응성의 폴리머나 활성 에너지선 졸겔 반응성 성분이 포함되어 있어도 좋고, 증점제, 레벨링제, 자외선 흡수제, 광안정제, 열안정제, 용제, 무기 필러 등의 각종 첨가제가 포함되어 있어도 좋다.
중합 반응성 화합물로서는, 분자 중에 라디칼 중합성 결합 및/또는 양이온 중합성 결합을 갖는 모노머, 올리고머, 반응성 폴리머 등을 들 수 있다.
라디칼 중합성 결합을 갖는 모노머로서는, 단작용 모노머, 다작용 모노머를 들 수 있다.
라디칼 중합성 결합을 갖는 단작용 모노머로서는, (메트)아크릴레이트 유도체(메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, n-뷰틸 (메트)아크릴레이트, i-뷰틸 (메트)아크릴레이트, s-뷰틸 (메트)아크릴레이트, t-뷰틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 알킬 (메트)아크릴레이트, 트라이데실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 사이클로헥실 (메트)아크릴레이트, 벤질 (메트)아크릴레이트, 페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 아이소보닐 (메트)아크릴레이트, 글리시딜 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼푸릴 (메트)아크릴레이트, 알릴 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 2-메톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-에톡시에틸 (메트)아크릴레이트 등), (메트)아크릴산, (메트)아크릴로나이트릴, 스타이렌 유도체(스타이렌, α-메틸스타이렌 등), (메트)아크릴아마이드 유도체((메트)아크릴아마이드, N-다이메틸 (메트)아크릴아마이드, N-다이에틸 (메트)아크릴아마이드, 다이메틸아미노프로필 (메트)아크릴아마이드 등) 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합시켜 이용해도 좋다.
라디칼 중합성 결합을 갖는 다작용 모노머로서는, 2작용성 모노머(에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 트라이프로필렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 아이소사이아누르산 에틸렌 옥사이드 변성 다이(메트)아크릴레이트, 트라이에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 다이에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 1,6-헥세인다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,5-펜테인다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,3-뷰틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 폴리뷰틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 2,2-비스(4-(메트)아크릴옥시폴리에톡시페닐)프로페인, 2,2-비스(4-(메트)아크릴옥시에톡시페닐)프로페인, 2,2-비스(4-(3-(메트)아크릴옥시-2-하이드록시프로폭시)페닐)프로페인, 1,2-비스(3-(메트)아크릴옥시-2-하이드록시프로폭시)에테인, 1,4-비스(3-(메트)아크릴옥시-2-하이드록시프로폭시)뷰테인, 다이메틸올트라이사이클로데케인 다이(메트)아크릴레이트, 비스페놀 A의 에틸렌 옥사이드 부가물 다이(메트)아크릴레이트, 비스페놀 A의 프로필렌 옥사이드 부가물 다이(메트)아크릴레이트, 하이드록시피발산 네오펜틸 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 다이바이닐벤젠, 메틸렌 비스아크릴아마이드 등), 3작용 모노머(펜타에리트리톨 트라이(메트)아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이(메트)아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 에틸렌 옥사이드 변성 트라이(메트)아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 프로필렌 옥사이드 변성 트라이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 에틸렌 옥사이드 변성 트라이아크릴레이트, 아이소사이아누르산 에틸렌 옥사이드 변성 트라이(메트)아크릴레이트 등), 4작용 이상의 모노머(석신산/트라이메틸올에테인/아크릴산의 축합 반응 혼합물, 다이펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 다이트라이메틸올프로페인 테트라아크릴레이트, 테트라메틸올메테인 테트라(메트)아크릴레이트 등), 2작용 이상의 우레탄 아크릴레이트, 2작용 이상의 폴리에스터아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 이용해도 좋고, 2종류 이상을 조합시켜 이용해도 좋다.
양이온 중합성 결합을 갖는 모노머로서는, 에폭시기, 옥세탄일기, 옥사졸릴기, 바이닐옥시기 등을 갖는 모노머를 들 수 있고, 에폭시기를 갖는 모노머가 특히 바람직하다.
분자 중에 라디칼 중합성 결합 및/또는 양이온 중합성 결합을 갖는 올리고머 또는 반응성 폴리머로서는, 불포화 다이카복실산과 다가 알코올의 축합물 등의 불포화 폴리에스터류; 폴리에스터 (메트)아크릴레이트, 폴리에터 (메트)아크릴레이트, 폴리올 (메트)아크릴레이트, 에폭시 (메트)아크릴레이트, 우레탄 (메트)아크릴레이트, 양이온 중합형 에폭시 화합물, 측쇄에 라디칼 중합성 결합을 갖는 상기한 모노머의 단독 또는 공중합 폴리머 등을 들 수 있다.
활성 에너지선 중합 개시제로서는, 공지된 중합 개시제를 이용할 수 있고, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물을 경화시킬 때에 이용하는 활성 에너지선의 종류에 따라 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
광경화 반응을 이용하는 경우, 광중합 개시제로서는, 카보닐 화합물(벤조인, 벤조인 메틸 에터, 벤조인 에틸 에터, 벤조인 아이소프로필 에터, 벤조인 아이소뷰틸 에터, 벤질, 벤조페논, p-메톡시벤조페논, 2,2-다이에톡시아세토페논, α,α-다이메톡시-α-페닐아세토페논, 메틸페닐글리옥실레이트, 에틸페닐글리옥실레이트, 4,4'-비스(다이메틸아미노)벤조페논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온 등), 황 화합물(테트라메틸티우람 모노설파이드, 테트라메틸티우람 다이설파이드 등), 2,4,6-트라이메틸벤조일다이페닐포스핀 옥사이드, 벤조일다이에톡시포스핀 옥사이드 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
전자선 경화 반응을 이용하는 경우, 중합 개시제로서는, 벤조페논, 4,4-비스(다이에틸아미노)벤조페논, 2,4,6-트라이메틸벤조페논, 메틸오쏘벤조일벤조에이트, 4-페닐벤조페논, t-뷰틸안트라퀴논, 2-에틸안트라퀴논, 싸이옥산톤(2,4-다이에틸싸이옥산톤, 아이소프로필싸이옥산톤, 2,4-다이클로로싸이옥산톤 등), 아세토페논(다이에톡시아세토페논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 벤질다이메틸케탈, 1-하이드록시사이클로헥실-페닐케톤, 2-메틸-2-모폴리노(4-싸이오메틸페닐)프로판-1-온, 2-벤질-2-다이메틸아미노-1-(4-모폴리노페닐)-뷰탄온 등), 벤조인 에터(벤조인 메틸 에터, 벤조인 에틸 에터, 벤조인 아이소프로필 에터, 벤조인 아이소뷰틸 에터 등), 아실 포스핀 옥사이드(2,4,6-트라이메틸벤조일다이페닐포스핀 옥사이드, 비스(2,6-다이메톡시벤조일)-2,4,4-트라이메틸펜틸포스핀 옥사이드, 비스(2,4,6-트라이메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 등), 메틸 벤조일 포메이트, 1,7-비스아크리딘일헵테인, 9-페닐아크리딘 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
활성 에너지선 경화성 수지 조성물에 있어서의 활성 에너지선 중합 개시제의 함유량은, 중합 반응성 화합물 100질량부에 대하여 0.1∼10질량부가 바람직하다. 활성 에너지선 중합 개시제가 0.1질량부 미만이면, 중합이 진행하기 어렵다. 활성 에너지선 중합 개시제가 10질량부를 초과하면, 경화 수지가 착색되거나, 기계 강도가 저하되거나 하는 경우가 있다.
비반응성의 폴리머로서는, 아크릴 수지, 스타이렌계 수지, 폴리우레탄 수지, 셀룰로스 수지, 폴리바이닐뷰티랄 수지, 폴리에스터 수지, 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다.
활성 에너지선 졸겔 반응성 성분으로서는, 예컨대, 알콕시실레인 화합물, 알킬실리케이트 화합물 등을 들 수 있다.
알콕시실레인 화합물로서는, R3 xSi(OR4)y로 표시되는 것을 들 수 있다. R3 및 R4는 탄소수 1∼10의 알킬기를 나타내고, x 및 y는 x+y=4의 관계를 만족시키는 정수이다. 구체적으로는, 테트라메톡시실레인, 테트라-iso-프로폭시실레인, 테트라-n-프로폭시실레인, 테트라-n-뷰톡시실레인, 테트라-sec-뷰톡시실레인, 테트라-tert-뷰톡시실레인, 메틸트라이에톡시실레인, 메틸트라이프로폭시실레인, 메틸트라이뷰톡시실레인, 다이메틸다이메톡시실레인, 다이메틸다이에톡시실레인, 트라이메틸에톡시실레인, 트라이메틸메톡시실레인, 트라이메틸프로폭시실레인, 트라이메틸뷰톡시실레인 등을 들 수 있다.
알킬실리케이트 화합물로서는, R5O[Si(OR7)(OR8)O]zR6으로 표시되는 것을 들 수 있다. R5∼R8은 각각 탄소수 1∼5의 알킬기를 나타내고, z는 3∼20의 정수를 나타낸다. 구체적으로는 메틸 실리케이트, 에틸 실리케이트, 아이소프로필 실리케이트, n-프로필 실리케이트, n-뷰틸 실리케이트, n-펜틸 실리케이트, 아세틸 실리케이트 등을 들 수 있다.
<제조 장치>
미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품은, 예컨대, 도 3에 나타내는 제조 장치(30)를 이용하여, 하기와 같이 하여 제조된다.
표면에 미세 요철 구조(도시 생략)를 갖는 롤상 금형(10)과, 롤상 금형(10)의 표면에 따라 이동하는 띠상의 필름(41)(투명 기재) 사이에, 탱크(31)로부터 활성 에너지선 경화성 수지 조성물(32)을 공급한다.
롤상 금형(10)과, 공기압 실린더(33)에 의해서 닙압이 조정된 닙 롤(34) 사이에서, 필름(41) 및 활성 에너지선 경화성 수지 조성물(32)을 니핑(nipping)하여, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물(32)을, 필름(41)과 롤상 금형(10) 사이에 균일하게 널리 퍼지게 함과 동시에, 롤상 금형(10)의 미세 요철 구조의 오목부 내에 충전한다.
롤상 금형(10)의 하방에 설치된 활성 에너지선 조사 장치(35)로부터, 필름(41)을 통해서 활성 에너지선 경화성 수지 조성물(32)에 활성 에너지선을 조사하여, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물(32)을 경화시키는 것에 의해, 롤상 금형(10) 표면의 미세 요철 구조가 전사된 경화 수지층(42)을 형성한다.
박리 롤(36)에 의해, 표면에 경화 수지층(42)이 형성된 필름(41)을 롤상 금형(10)으로부터 박리하는 것에 의해서, 도 4에 나타내는 바와 같은 물품(40)을 얻는다.
활성 에너지선 조사 장치(35)로서는, 예컨대, 고압 수은 램프, 메탈 할라이드 램프 등을 들 수 있다.
활성 에너지선의 조사량은, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물의 경화가 진행되는 에너지량이면 되고, 통상 100∼10000mJ/cm2 정도이다.
<물품>
도 4에 나타내는 물품(40)은, 필름(41)(투명 기재)의 표면에 경화 수지층(42)이 형성된 것이다.
경화 수지층(42)은, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물의 경화물로 이루어지는 막이며, 표면에 미세 요철 구조를 갖는다.
물품(40) 표면의 미세 요철 구조는, 예컨대 산화 피막의 표면의 미세 요철 구조를 전사하여 형성된 것이며, 활성 에너지선 경화성 수지 조성물의 경화물로 이루어지는 복수의 볼록부(43)를 갖는다.
미세 요철 구조로서는, 대략 원뿔 형상, 각뿔 형상 등의 돌기(볼록부)가 복수 늘어선, 이른바 모스아이 구조가 바람직하다. 돌기 사이의 간격이 가시광의 파장 이하인 모스아이 구조는, 공기의 굴절률로부터 재료의 굴절률로 연속적으로 굴절률이 증대해 나감으로써 유효한 반사 방지의 수단이 된다는 것이 알려져 있다.
본 발명에 의해 제조된 물품은, 표면의 미세 요철 구조에 의해서, 반사 방지 성능, 발수 성능 등의 여러 가지 성능을 발휘한다.
미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품이 시트상 또는 필름상인 경우에는, 반사 방지막으로서, 예컨대, 화상 표시 장치(텔레비전, 휴대 전화의 디스플레이 등), 전시 패널, 미터 패널 등의 대상물의 표면에 부착하거나, 인서트 성형하거나 하여 이용할 수 있다. 또한, 발수 성능을 살려, 목욕탕의 창이나 거울, 태양 전지 부재, 자동차의 미러, 간판, 안경의 렌즈 등, 비, 물, 증기 등에 노출될 우려가 있는 대상물의 부재로서도 이용할 수 있다.
미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품이 입체 형상인 경우에는, 용도에 따른 형상의 투명 기재를 이용하여 반사 방지 물품을 제조해 두고, 이것을 상기 대상물의 표면을 구성하는 부재로서 이용할 수도 있다.
또한, 대상물이 화상 표시 장치인 경우에는, 그 표면에 한하지 않고, 그 전면판에 대하여, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품을 부착해도 좋고, 전면판 그 자체를, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품으로부터 구성할 수도 있다. 예컨대, 이미지를 읽어내는 센서 어레이에 부착된 로드 렌즈 어레이의 표면, FAX, 복사기, 스캐너 등의 이미지 센서의 커버 글라스, 복사기의 원고를 놓는 콘택트 글라스 등에, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품을 이용해도 상관없다. 또한, 가시광 통신 등의 광통신 기기의 광 수광 부분 등에, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품을 이용하는 것에 의해, 신호의 수신 감도를 향상시킬 수도 있다.
또한, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품은, 상기한 용도 이외에도, 광도파로, 릴리프 홀로그램, 광학 렌즈, 편광 분리 소자 등의 광학 용도나, 세포 배양 시트로서의 용도에 전개할 수 있다.
<작용 효과>
이상 설명한 본 발명의, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법은, 본 발명의 롤상 금형의 제조방법 중, 미세 요철 구조 형성 공정(본체 제작 공정)을 갖는 롤상 금형의 제조방법으로 얻어진 롤상 금형을 이용하고 있기 때문에, 얼룩의 모양이 전사되지 않아, 고품질의 물품이 얻어진다. 또한, 롤상 금형의 표면은 윤활 처리제로 표면 처리되어 있기 때문에 이형성이 우수하다. 따라서, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품을 좋은 생산성으로 제조할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
각종 측정 및 평가 방법은 이하와 같다.
<측정·평가>
(1) 롤상 금형의 세공의 측정
양극 산화 포러스 알루미나로 이루어지는 롤상 금형의 일부의 종단면을 1분간 Pt 증착하고, 전계 방출형 주사 전자 현미경(닛폰전자사(JEOL Ltd.)제, 「JSM-7400F」)에 의해 가속 전압 3.00kV에서 관찰하여, 이웃하는 세공의 간격(주기) 및 세공의 깊이를 측정했다. 구체적으로는 각각 10점씩 측정하여, 그 평균치를 측정치로 했다.
(2) 얼룩 발생의 평가
LED 라이트(니치아화학공업사(NICHIA CORPORATION)제, 1.5W 파워 LED 탑재)를 롤상 금형의 표면에 조사하고, 육안으로 얼룩의 발생 장소와 얼룩의 상태를 확인했다. 한편, 얼룩의 상태는, 라이트를 조사하는 것에 의해, 불소계 수지 또는 인산 에스터 화합물의 피복층의 두께 불균일에 의한 간섭 줄무늬로 판단했다.
<실시예 1-1>
이하와 같이 하여 롤상 금형을 제조했다. 한편, 금형 기재로서, 롤상의 알루미늄 기재(순도: 99.99%, 직경: 200mm, 전장: 320mm)를 준비했다.
(본체 제작 공정)
(a) 공정:
이 알루미늄 기재에 대하여, 0.3M 옥살산 수용액 중에서, 직류 40V, 온도 16℃의 조건에서 30분간 양극 산화를 행했다.
(b) 공정:
산화 피막이 형성된 알루미늄판을, 6질량% 인산/1.8질량% 크로뮴산 혼합 수용액에 6시간 침지하여, 산화 피막을 제거했다.
(c) 공정:
이 알루미늄 기재에 대하여, 0.3M 옥살산 수용액 중, 직류 40V, 온도 16℃의 조건에서 30초간 양극 산화를 행했다.
(d) 공정:
산화 피막이 형성된 알루미늄 기재를, 32℃의 5질량% 인산 수용액에 8분간 침지하여, 세공 직경 확대 처리를 행했다.
(e) 공정:
상기 (c) 공정 및 (d) 공정을 합계로 4회 반복하고, 최후에 공정 (d)를 행하여, 평균 간격: 100nm, 깊이: 180nm의 대략 원뿔 형상의 세공(오목부)을 갖는 양극 산화 알루미나가 표면에 형성된 롤상의 금형 본체를 얻었다.
(표면 처리 공정)
본체 제작 공정에서 얻어진 금형 본체를 순수에 의해 세정하여, 표면에 얼룩이나 이물 부착이 없는 상태로 했다. 이 금형 본체를 도 1에 나타내는 표면 처리 장치(20)를 이용하여, 이하와 같이 하여 표면 처리했다.
한편, 윤활 처리제(21)로서는, 다이킨공업사제의 「오프툴 DSX」를 다이킨공업사제의 희석제 「오프툴 HD-ZV」로 200배로 희석한 불소 수지계 윤활 처리제를 사용했다. 또한, 처리조(22)로서는, 주위에 외조(도시 생략)가 인접하여 구비된 것을 사용했다.
우선, 금형 본체(11)의 양단에 장착 부재(27a, 27b)를 통해서 샤프트(26a, 26b)를 장착하고, 금형 본체(11)의 경사 각도가 5°가 되도록(즉, 금형 본체(11)의 중심축이 수평 상태로부터 5° 경사지도록) 조정한 후, 미리 각각 높이를 조절해 둔 지지 부재(23a, 23b)에 샤프트(26a, 26b)를 부착하여, 금형 본체(11)를 경사 기구(23)에 세팅했다. 이 때, 처리조(22)에는, 윤활 처리제(21)는 공급되어 있지 않다.
이어서, 항온조와 열교환기를 구비한 온도 조정 기구(도시 생략)에 의해, 액온을 20℃로 조정한 윤활 처리제(21)를 외조에 공급하고, 외조로부터 처리조(22)로 순환 펌프(이와키사(IWAKI CO., LTD.)제의 마그넷 펌프 「MD-55 R-M」)를 이용하여 윤활 처리제(21)를 처리조(22)의 저부로부터 공급하여, 금형 본체(11)를 윤활 처리제(21)에 10분간 침지시켰다(침지 공정).
한편, 외조로부터 윤활 처리제(21)를 공급할 때는, 필터(아드반테크사(Advantec MFS, Inc.)제의 PES 멤브레인 카트리지 필터 CS-E020-S1FE」)를 통해서 윤활 처리제(21)를 여과하고 나서, 처리조(22)에 공급했다.
또한, 윤활 처리제(21)를 처리조(22)로부터 외조로 오버플로우시켜, 처리조(22)의 액면에 뜬 이물을 제거했다. 외조로 오버플로우한 윤활 처리제(21)를 필터로 여과하여 다시 처리조(22)에 공급하여, 윤활 처리제(21)를 외조와 처리조(22) 사이에서 순환시켰다.
그 후, 윤활 처리제(21)의 순환을 정지하고, 처리조(22)의 저부에 설치된 밸브(28)를 개전(開栓)하여, 발액 수단(24)으로부터 자연 낙차 발액으로 윤활 처리제(21)를 발액함으로써, 금형 본체(11)를 윤활 처리제(21)로부터 취출(제 1∼제 3 취출 공정), 금형 본체(11)를 표면 처리했다. 이 때, 발액 개시 후의 30초간에 있어서의, 금형 본체(11)와 윤활 처리제(21) 액면의 상대 이동 속도의 평균치가 0.067mm/초가 되도록, 밸브(28)의 개도를 조절했다. 이 상대 이동 속도는, 금형 본체(11)의 표면과 윤활 처리제(21)의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 금형 본체(11)를 윤활 처리제(21)로부터 취출하는 것이 가능한 속도이다.
한편, 밸브(28)로서는, 니들 밸브를 이용했다. 또한, 발액 수단(24)으로서는, SUS제의 가요성 배관을 이용했다.
윤활 처리제로부터 금형 본체(11)를 취출한 후, 자연 휘발 건조하여, 표면 처리된 롤상 금형을 얻었다.
얻어진 롤상 금형에 대하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 1-2>
금형 본체(11)의 경사 각도를 3°로 변경한 것 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여 롤상 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<실시예 1-3>
금형 본체(11)의 경사 각도를 1°로 변경한 것 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여 롤상 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<비교예 1-1>
금형 본체(11)를 경사시키지 않은 것 이외는(즉, 금형 본체(11)의 경사 각도 = 0°), 실시예 1-1과 마찬가지로 하여 롤상 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<비교예 1-2>
금형 본체(11)의 경사 각도를 0.5°로 변경한 것 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여 롤상 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<비교예 1-3>
금형 본체(11)의 경사 각도를 1°로 변경하고, 상대 이동 속도의 평균치를 10mm/초로 변경한 것 이외는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여 롤상 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
한편, 이 상대 이동 속도는, 금형 본체(11)의 표면과 윤활 처리제(21)의 액면 사이에 메니스커스가 유지되지 않는 상태로, 금형 본체(11)를 윤활 처리제(21)로부터 취출하는 속도이다.
Figure pct00002
<실시예 2-1>
윤활 처리제(21)로서, 인산 에스터 화합물(닛코케미컬사제, 「TDP8」)을 순수에 용해시키고, 인산 에스터 화합물의 농도가 0.1질량%인 수용액(인산 에스터계 윤활 처리제)을 이용했다. 또한, 금형 본체(11)의 경사 각도를 2°로 변경하고, 상대 이동 속도의 평균치를 0.0046mm/초로 변경했다. 그 이외는 실시예 1-1과 마찬가지로 롤 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
<비교예 2-1>
윤활 처리제(21)로서, 인산 에스터 화합물(닛코케미컬사제, 「TDP8」)을 순수에 용해하고, 인산 에스터 화합물의 농도가 0.1질량%인 수용액(인산 에스터계 윤활 처리제)을 이용했다. 또한, 금형 본체(11)의 경사 각도를 1°로 변경하고, 상대 이동 속도의 평균치를 0.0046mm/초로 변경했다. 그 이외는 실시예 1-1과 마찬가지로 롤 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
<비교예 2-2>
윤활 처리제(21)로서, 인산 에스터 화합물(닛코케미컬사제, 「TDP8」)을 순수에 용해하고, 인산 에스터 화합물의 농도가 0.1질량%인 수용액(인산 에스터계 윤활 처리제)을 이용했다. 또한, 금형 본체(11)의 경사 각도를 0°로 변경하고, 상대 이동 속도의 평균치를 0.0046mm/초로 변경했다. 그 이외는 실시예 1-1과 마찬가지로 롤 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
<비교예 2-3>
윤활 처리제(21)로서, 인산 에스터 화합물(닛코케미컬사제, 「TDP8」)을 순수에 용해하고, 인산 에스터 화합물의 농도가 0.1질량%인 수용액(인산 에스터계 윤활 처리제)을 이용했다. 또한, 금형 본체(11)의 경사 각도를 2°로 변경했다. 그 이외는 실시예 1-1과 마찬가지로 롤 금형을 제조하여, 얼룩 발생의 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
한편, 이 상대 이동 속도는, 금형 본체(11)의 표면과 윤활 처리제(21)의 액면 사이에 메니스커스가 유지되지 않는 상태로, 금형 본체(11)를 윤활 처리제(21)로부터 취출하는 속도이다.
Figure pct00003
실시예 1-1∼1-3, 2-1에서 얻어진 롤상 금형은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 단부의 표면(비전사부(12))에 1개소 얼룩이 발생했지만, 전사부(13)에서의 얼룩의 발생을 막을 수 있었다. 실시예 1-1∼1-3, 2-1의 경우, 얼룩의 발생 장소는 전사에 사용되지 않는 금형 단부이기 때문에, 전사에는 영향을 주지 않는다.
한편, 금형 본체를 경사시키지 않고서 윤활 처리제로부터 취출한 비교예 1-1 및 비교예 2-2에서 얻어진 롤상 금형은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 표면에 힘줄 형상으로 1개 얼룩이 발생하고, 전사에 사용되는 전사부(53)에도 얼룩이 발생했다.
윤활 처리제로서 유기 용제액(불소 수지계 윤활 처리제)을 이용하고, 금형 본체의 경사 각도를 0.5°로 하여 윤활 처리제로부터 취출한 비교예 1-2의 경우, 전사부에 얼룩이 힘줄 형상으로 발생했다.
또한, 윤활 처리제로서 수용액(인산 에스터계 윤활 처리제)을 이용하고, 금형 본체의 경사 각도를 1°로 하여 윤활 처리제로부터 취출한 비교예 2-1의 경우, 전사부에 얼룩이 힘줄 형상으로 발생했다.
금형 본체의 표면과 윤활 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지하지 않는 상태로, 금형 본체를 윤활 처리제로부터 취출한 비교예 1-3 및 비교예 2-3의 경우, 취출한 직후는 금형 본체의 표면 전체로부터 윤활 처리제의 액 늘어짐을 확인할 수 있는 양의 액이 잔존하고 있었다. 비교예 1-3 및 비교예 2-3에서 얻어진 롤상 금형은, 메니스커스의 분단에 의해서 생긴 액적 잔류에 의한 불규칙한 얼룩이, 금형 표면 전체에 발생했다.
본 발명의 롤상 금형의 제조방법에서 얻어진 롤상 금형은, 롤투롤로 임프린트 방법으로 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품을 제조할 때의 금형으로서 유용하다.
10: 롤상 금형,
11: 금형 본체,
21: 윤활 처리제,
40: 물품,
41: 필름,
43: 볼록부.

Claims (6)

  1. 롤상의 금형 본체의 표면이 처리제로 처리된 롤상 금형을 제조하는 방법으로서,
    상기 금형 본체를 상기 처리제에 침지시키는 침지 공정과,
    상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 상기 금형 본체의 일부를 상기 처리제의 액면으로부터 노출시키는 제 1 취출 공정과,
    상기 금형 본체의 노출된 부분과 상기 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 상기 금형 본체와 상기 처리제의 액면을 상대적으로 이동시켜, 상기 금형 본체를 상기 처리제의 액면으로부터 더욱 노출시키는 제 2 취출 공정과,
    상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 상기 금형 본체 모두를 상기 처리제로부터 취출하는 제 3 취출 공정을 갖고,
    상기 처리제가 유기 용제액이며,
    상기 제 3 취출 공정에서, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 0.6° 이상 경사시키는, 롤상 금형의 제조방법.
  2. 롤상의 금형 본체의 표면이 처리제로 처리된 롤상 금형을 제조하는 방법으로서,
    상기 금형 본체를 상기 처리제에 침지시키는 침지 공정과,
    상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 상기 금형 본체의 일부를 상기 처리제의 액면으로부터 노출시키는 제 1 취출 공정과,
    상기 금형 본체의 노출된 부분과 상기 처리제의 액면 사이에 메니스커스를 유지한 상태로, 상기 금형 본체와 상기 처리제의 액면을 상대적으로 이동시켜, 상기 금형 본체를 상기 처리제의 액면으로부터 더욱 노출시키는 제 2 취출 공정과,
    상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시킨 상태로, 상기 금형 본체 모두를 상기 처리제로부터 취출하는 제 3 취출 공정을 갖고,
    상기 처리제가 수용액이며,
    상기 제 3 취출 공정에서, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 2° 이상 경사시키는, 롤상 금형의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 취출 공정, 제 2 취출 공정 및 제 3 취출 공정에서, 상기 금형 본체의 중심축을 수평면에 대하여 경사시키는, 롤상 금형의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 침지 공정 전에, 상기 금형 본체의 표면에 미세 요철 구조를 형성하는 미세 요철 구조 형성 공정을 추가로 갖는, 롤상 금형의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 미세 요철 구조는 양극 산화 처리에 의해 형성되는, 롤상 금형의 제조방법.
  6. 제 4 항에 기재된 롤상 금형의 제조방법에 의해 얻어진, 롤상 금형의 표면의 미세 요철 구조를 물품 본체의 표면에 전사하는 전사 공정을 갖는, 미세 요철 구조를 표면에 갖는 물품의 제조방법.
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