KR20170029639A

KR20170029639A - 롤 금형의 제조 방법 및 롤 금형

Info

Publication number: KR20170029639A
Application number: KR1020177005551A
Authority: KR
Inventors: 도모카즈 우메자와
Original assignee: 후지필름 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2017-03-15
Also published as: JP2016049752A; TWI671183B; WO2016035524A1; JP6211491B2; CN106660261B; KR101867248B1; CN106660261A; TW201609356A

Abstract

롤 원반을 복수회 사용 가능하게 하는 롤 금형의 제조 방법 및 그 방법에 의하여 제조되는 롤 금형을 제공한다. 원기둥 형상의 중공부를 형성하는 내벽면에 전사하는 요철 패턴이 형성되어 이루어지는 롤 원반(10)을 준비하고, 내벽면(10a)에 금속층(20)을 성막하며, 금속층(20)의 표면의 적어도 내벽면의 원기둥 축 A 방향의 일단부에, 금속층(20)의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 박리 보조층(30)을 형성하고, 롤 원반(10)을 금속층(20) 및 박리 보조층(30)의 형성 시의 온도보다 낮은 온도의 환경하에서, 금속층(20) 및 박리 보조층(30)을 롤 원반(10)보다 수축시켜, 롤 원반(10)으로부터 금속층(20)을 박리하고, 금속층(20) 및 박리 보조층(30)의 적층체(40)를 롤 원반(10)으로부터 빼내어, 금속층(20)을 최표면에 구비한, 요철 패턴(15)에 상보적인 요철 패턴(25)을 외표면에 갖는 적층체(40)를 구비한 롤 금형을 제작한다.

Description

롤 금형의 제조 방법 및 롤 금형{ROLL MOLD MANUFACTURING METHOD AND ROLL MOLD}

본 발명은, 표면에 전사 패턴인 미소한 요철을 갖는 롤 형상의 금형(롤 금형)의 제조 방법 및 그 방법에 의하여 제조된 롤 금형에 관한 것이다.

최근, 롤 투 롤 등의 웨브 핸들링 기술을 응용한 나노임프린트가 제안되고 있다. 예를 들면 이와 같은 나노임프린트는, 가공 대상이 되는 시트(예를 들면 수지제 필름이나 무기 기판 등)를 권출하는 권출 장치와 그 시트를 권취하는 권취 장치의 사이의 반송로 상에, 미세한 요철 패턴을 표면에 갖는 롤 금형(몰드 롤 혹은 스탬퍼 롤이라고도 불림)을 구비하고, 롤 금형을 시트의 가공면에 접촉시키면서 시트를 권출 장치로부터 권취 장치로 반송하는 것이다. 이로써, 연속적으로 효율 좋게, 수지제 필름에 엠보싱 가공을 실시하거나, 시트 상에 도포된 레지스트에 패턴을 형성하거나 하는 것이 가능해진다.

상기 롤 금형은, 예를 들면 요철 패턴을 갖는 시트 형상의 얇은 금형을, 회전축이 되는 원통 형상의 롤 본체에 감고, 롤 본체를 한 바퀴 감은 시트의 마주 보는 단변(端邊)끼리를 용접함으로써, 제조된다. 그러나, 시트 형상의 금형을 롤 본체와의 사이에 간극을 만들지 않고, 견고하게 고정시키는 것은 용이하지 않다.

한편, 특허문헌 1~3 등에는, 원통 형상 부품(실린더)의 내주면에 레지스트를 도포하고, 이 레지스트에 레이저광을 조사함으로써, 실린더의 내주면에 요철 패턴을 형성하여 롤 원반(原盤)을 제작하고, 이어서, 이 롤 원반의 내주면의 요철 패턴 표면에 도금막을 성장시켜 원통 형상으로 하고, 원통 형상으로 형성된 도금막을 실린더로부터 떼어 냄으로써, 표면에 원통 형상의 금속층으로 이루어지는 이음매가 없는 롤 금형을 제작하는 방법이 제안되고 있다.

특허문헌 1 및 2에는, 실린더의 내측에 헤드를 배치하고 내측으로부터 레이저광을 조사하여 레지스트에 대한 요철 패턴 형성을 행하는 방법이 제안되고 있다. 특허문헌 2에는 도금막을 실린더로부터 박리하는 방법으로서, 포토레지스트층을 용해시키는 용액을 도금막과 실린더의 내표면의 사이에 주입하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 도금막을 실린더로부터 박리하는 방법으로서, 실린더와 도금막의 열팽창이 다른 경우에는, 이들을 가열 또는 냉각함으로써 실린더보다 도금막이 소경이 되도록 팽창 혹은 수축시키는 방법 등이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 광투과성을 갖는 실린더를 이용함으로써, 실린더의 외측으로부터 레이저광을 조사하여 실린더의 내벽면에 형성되어 있는 레지스트에 요철 패턴을 형성하는 방법이 제안되고 있다. 또, 특허문헌 3에는, 도금막을 실린더로부터 분리할 때에는, 레지스트의 융점이 실린더 및 도금막보다 낮은 것을 이용하여, 레지스트를 용융 제거함으로써, 실린더로부터 도금막을 취출하기 쉽게 하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2009-214381호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2009-279615호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2005-199642호

그러나, 특허문헌 1~3에 기재된 방법에 있어서는, 도금막을 실린더로부터 박리할 때, 레지스트가 도금막에 부착된 상태로 박리시켜, 레지스트가 부착된 상태로 빼내거나, 혹은 레지스트를 용해 제거하여 도금막을 실린더로부터 빼내기 때문에, 롤 원반을 복수회 사용할 수 없다. 따라서, 특허문헌 1~3에 기재된 방법은, 하나의 롤 원반으로부터 롤 금형의 복제를 하나밖에 제작하지 못하여, 생산 효율이 낮다는 문제가 있다. 즉, 특허문헌 1~3에 있어서는, 롤 원반을 복수의 롤 금형의 제조에 이용하는 것이 전혀 상정되어 있지 않다.

본원 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 하나의 롤 원반을 이용하여 복수의 롤 금형을 복제 가능한 롤 금형의 제조 방법 및 롤 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 발명의 롤 금형의 제조 방법은, 원기둥 형상의 중공부를 형성하는 내벽면에 전사하는 요철 패턴이 형성되어 이루어지는 롤 원반을 준비하고,

그 내벽면에 금속층을 성막하며,

금속층의 표면의 적어도 원기둥의 축 방향의 일단부에, 금속층의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 박리 보조층을 형성하고,

금속층 및 박리 보조층이 형성된 롤 원반을 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 낮은 온도로 냉각함으로써, 금속층 및 박리 보조층을 롤 원반보다 수축시켜, 롤 원반으로부터 금속층을 박리하며,

금속층과 박리 보조층의 원통 형상 적층체를 롤 원반으로부터 빼내어, 요철 패턴에 상보적인 요철 패턴을 외표면에 갖는 원통 형상 적층체로 이루어지는 롤 금형을 제작하는 롤 금형의 제조 방법이다.

여기에서, 박리 보조층의 형성 시의 온도란, 엄밀하게는 박리 보조층을 형성할 때의 박리 보조층의 온도이지만, 박리 보조층의 온도가 환경 온도에 추종하고 있는 경우에는 환경 온도를 형성 시의 온도로 간주한다.

또, 여기에서 금속층, 혹은 박리 보조층의 "열팽창 계수"는, 적어도 박리 보조층의 형성 시 및 롤 원반으로부터 금속층을 박리할 때의 온도를 포함하는 온도 범위에 있어서의 값이다.

본 발명의 롤 금형의 제조 방법에 있어서, 금속층 및 박리 보조층이 형성된 롤 원반을 냉각하는 방법으로서는, 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 낮은 온도의 액체 중에 금속층 및 박리 보조층이 형성된 롤 원반을 침지시키는 것이 바람직하다.

액체로서는, 예를 들면 물을 이용할 수 있다.

상기 냉각 시의 온도는, 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 30℃ 이상 낮은 온도로 하는 것이 바람직하다.

롤 원반은, 산화 실리콘 혹은 실리콘으로 이루어지는 실린더를 롤 본체로서 구비하고,

박리 보조층이 폴리카보네이트 혹은 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 것으로 하는 것이 특히 바람직하다.

롤 원반으로부터 금속층을 박리할 때, 원통 형상 적층체의 원기둥 축 방향의 일단을 기계 변형시키고, 기계 변형한 적층체의 일단과 롤 원반의 사이에 유체를 유입시켜 롤 원반으로부터 금속층을 박리하는 것이 바람직하다.

금속층을 성막하기 전에 내벽면에 이형 처리를 실시하고, 이형 처리된 내벽면에 금속층을 성막하는 것이 바람직하다.

이형 처리로서는 이형제를 도포하는 방법을 들 수 있으며, 이형제로서 불소계 이형제를 이용하는 것이 바람직하다.

롤 원반의 내벽면의, 원기둥 축 방향의 일단의 적어도 일부 영역에 전사하는 요철 패턴을 갖지 않는 영역을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

박리 보조층을, 금속층의 전체면에 마련하는 것이 바람직하다.

박리 보조층을 형성하는 방법으로서는, 일면에 점착층을 갖는 수지 필름의 점착층을 금속층에 첩부하는 방법, 딥 코트법에 의한 방법 등이 바람직하고, 딥 코트법에 의하여 금속층의 표면에 박리 보조층을 형성하는 경우에는, 그 박리 보조층의 형성 전에, 롤 원반의 금속층이 형성된 내벽면 이외의 면에, 박리 가능한 보호 시트를 첩부해 두는 것이 바람직하다.

금속층의 두께를 30μm 이상, 100μm 이하로 하는 것이 바람직하다.

박리 보조층의 두께를 100μm 초과로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 롤 금형은, 상기 롤 금형의 제조 방법에 있어서, 롤 원반으로부터 빼내어 얻어진, 롤 원반의 요철 패턴에 상보적인 요철 패턴을 외표면에 갖는 원통 형상 적층체로 이루어지는 롤 금형이다.

본원 발명의 롤 금형의 제조 방법에 의하면, 롤 원반의 요철 패턴을 갖는 내벽면에 금속층을 성막한 후에, 추가로 금속층의 표면의 적어도 내벽면의 원기둥 축 방향의 일단의 일부에, 금속층의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 박리 보조층을 형성하고, 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 낮은 온도로 냉각함으로써, 롤 원반, 금속층 및 박리 보조층을 수축시킨다. 이때, 금속층 및 박리 보조층은 롤 원반보다 수축량이 크고, 박리 보조층의 수축량은 금속층의 수축량보다 크기 때문에, 금속층에는, 박리 보조층의 수축에 따라 롤 원반으로부터 박리되는 방향으로 힘이 작용하기 때문에, 금속층을 롤 원반으로부터 용이하게 박리시킬 수 있다. 본 발명의 롤 금형의 제조 방법에 의하면, 롤 금형의 요철 패턴을 파손시키거나, 요철 패턴을 멸실(滅失)시키거나 하는 일 없이, 금속층을 롤 원반으로부터 박리하여, 빼낼 수 있기 때문에, 롤 원반을 복수회 반복 사용할 수 있어, 제조 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 롤 금형의 제조 방법에 있어서의 제조 공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1의 공정 A에 있어서의 롤 원반의 평면도 및 단면도이다.
도 3은 도 2의 롤 원반의 제조 공정을 나타내는 도이다.
도 4는 도 1의 공정 B에 나타내는, 요철 패턴 표면에 금속층이 형성된 롤 원반의 평면도 및 단면도이다.
도 5는 도 1의 공정 C에 나타내는, 금속층 표면에 추가로 박리 보조층이 형성된 롤 원반의 평면도 및 단면도이다.
도 6은 박리 보조층의 형성 방법의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 박리 보조층의 형성 방법을 나타내는 사시도이다.
도 8은 박리 보조층의 형성 방법의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 9는 도 1의 공정 D에 나타내는 롤 원반으로부터 금속층이 박리된 상태를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 10은 롤 원반으로부터 롤 금형을 박리하는 박리 방법의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 롤 원반으로부터 롤 금형을 박리하는 박리 방법의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 12는 도 1의 공정 F에 나타내는 롤 원반으로부터 박리되어 형성된 롤 금형의 평면도 및 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 이용하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 시인하기 쉽게 하고, 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 도면 중의 각 구성 요소의 축척 등은 실제의 것과는 적절히 다르게 하였다.

도 1은, 본 실시형태의 롤 금형의 제조 방법을 모식적으로 나타내는 도이다.

본 실시형태의 롤 금형의 제조 방법은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 원기둥 형상의 중공부를 형성하는 내벽면(10a)에 전사하는 요철 패턴(15)이 형성되어 이루어지는 롤 원반(10)을 준비하고(공정 A), 내벽면(10a)에 금속층(20)을 성막하며(공정 B), 금속층(20)의 표면에, 금속층(20)의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 박리 보조층(30)을 형성하고(공정 C), 금속층(20) 및 박리 보조층(30)이 형성된 롤 원반(10)을 박리 보조층(30)의 형성 시의 온도보다 낮은 온도로 냉각함으로써 금속층(20) 및 박리 보조층(30)을 롤 원반(10)보다 수축시켜, 롤 원반(10)으로부터 금속층(20)을 박리하고(공정 D), 금속층(20)과 박리 보조층(30)의 원통 형상 적층체(40)를 롤 원반(10)으로부터 빼냄으로써(공정 E), 롤 원반(10)의 요철 패턴(15)에 상보적인 요철 패턴(25)을 외표면에 갖는 원통 형상 적층체(40)로 이루어지는 롤 금형을 얻는(공정 F) 방법이다.

본 발명의 제조 방법에서는, 요철 패턴을 담지하는 레지스트막을 적층체(40)와 함께 빼내거나, 레지스트막을 용해 제거하거나 하는 일 없이, 요철 패턴으로부터 적층체(40)를 박리하여, 적층체(40)만을 롤 원반(10)으로부터 빼내므로, 롤 금형의 제작에 의하여 롤 원반(10)의 요철 패턴을 파손시키거나, 멸실시키거나 하는 일이 없다. 따라서, 원통 형상 적층체(40)가 빠진 후에는, 롤 원반(10)은 다시 롤 금형의 복제에 이용할 수 있다. 하나의 롤 원반(10)으로부터 복수의 롤 금형을 복제할 수 있기 때문에, 제조 코스트를 억제함과 함께, 효율적으로 롤 금형을 제조할 수 있다.

또한, 상기와 같이 하여 얻은 금속층(20)과 박리 보조층(30)의 원통 형상 적층체(40)는 기계적 내성이 낮기 때문에, 도 1의 공정 G에 나타내는 바와 같이, 원통의 중공부에 원기둥 부재(41)를 끼워 넣음으로써 실용적인 롤 금형(42)을 얻을 수 있다.

다음으로, 도 1에 있어서 설명한 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는, 도 1의 공정 A에 있어서 준비되는 롤 원반(10)의 평면도 및 단면도를 나타내는 도이다. 본 실시형태에 있어서, 롤 원반(10)으로서는, 롤 본체를 구성하는 원기둥 형상의 중공부를 형성하는 내벽면(11a)을 갖는 실린더(11)와, 그 내벽면(11a)에 패턴 형상으로 구비된 레지스트막(12)으로 이루어지는 요철 패턴(15)을 구비하여 이루어지는 것을 이용한다. 레지스트막(12)이 도 2에 나타내는 단면도에 있어서 라인·앤드·스페이스의 패턴 형상으로 형성되어 있으며, 이 레지스트막(12)의 라인(15a)과 스페이스(15b)에 의하여, 미세 요철 패턴(15)이 구성되어 있다.

본 예에 있어서는, 요철 패턴은, 라인·앤드·스페이스이지만, 요철 패턴은 이것에 한정하는 것은 아니며, 레지스트막에 도트 형상의 오목부가 형성된 도트 형상 패턴 등이어도 된다.

단, 요철 패턴(15)은, 롤 원반(10)의 원기둥 축 A 방향의 일단의 적어도 일부의 영역에는 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다. 요철 패턴(15)이 형성되어 있지 않은 것이란, 레지스트막(12)이 일정하게 형성되어 있는 상태, 혹은 일정하게 레지스트막(12)을 구비하지 않은 상태를 말한다. 본 실시형태에 있어서는, 롤 원반(10)의 일단 영역(14)에는 일정하게 레지스트막(12)이 형성되어 있다. 즉, 일단 영역(14)에 있어서 전체 둘레에 걸쳐 요철 패턴(15)이 형성되어 있지 않다. 이 일단 영역(14)의 원기둥 축 A 방향의 길이 L₁은, 10mm 이상이 바람직하고, 30mm 이상이 보다 바람직하다. 또한, 요철 패턴(15)의 볼록부 높이는 20nm~20μm 정도, 요철 패턴의 볼록부의 폭(라인의 폭) 혹은 오목부의 폭(스페이스의 폭)에 대해서도 20nm~20μm 정도이다. 볼록부 높이는 레지스트막(12)의 두께이며, 레지스트막의 형성 시에 조정할 수 있다.

도 3을 참조하여 롤 원반(10)의 제조 방법의 일례를 설명한다.

먼저, 도 3의 공정 A에 나타내는 바와 같이, 원기둥 형상의 중공부를 형성하는 내벽면(11a)을 갖는 광투과성 재료로 이루어지는 실린더(11)를 준비하고, 다음으로 공정 B에 나타내는 바와 같이 실린더(11)의 내벽면(11a)에 딥 코트법에 의하여 내벽면 전체 영역에 걸쳐 일정하게 레지스트막(12)을 형성한다. 그 후, 실린더(11)의 외부로부터 레이저광(16)을 집광 렌즈(17)로 레지스트막(12)에 집광시켜 원하는 패턴을 노광 묘화(描畵)한다. 도 3의 C에 나타내는 바와 같이 레이저광(16)을 레지스트막(12)에 조사시키면서, 실린더(11)를 원기둥 축 중심으로 회전시킴으로써, 원주를 따른 라인 형상으로 노광을 행할 수 있다. 실린더(11)를 1회전시킬 때마다 레이저광(16)의 조사 위치를 원기둥 축 방향으로 이동시켜 묘화한다. 레이저광을 이용한 노광 묘화 후에, 레지스트로서 히트 모드의 형상 변화가 가능한 포토레지스트를 이용하는 경우에는 현상하지 않고, 통상의 포토레지스트를 이용하는 경우에는 현상함으로써, 도 3의 공정 D에 나타내는 바와 같이, 원주 방향을 따른 라인 형상의 레지스트막(15a)과 라인 형상의 스페이스(15b)로 이루어지는 요철 패턴(15)이 형성된다.

롤 원반(10)은 이상과 같이 하여 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기와 같이 하여 제조된 롤 원반을 이용하는 것에 한정되지 않고, 특허문헌 1, 2, 혹은 특허문헌 3에 기재된 방법 등에 의하여 제조된 롤 원반을 이용해도 된다. 그리고, 특허문헌 1, 2에 기재된 바와 같이, 실린더(11)의 중공부에 레이저 헤드를 배치하여 실린더 내측으로부터 레지스트를 노광하여 요철 패턴을 형성하는 경우에는, 실린더는 광투과성이 아니어도 된다.

또, 실린더의 내벽면을 에칭하여 실린더 자체의 내벽면에 미세 요철 패턴이 형성되어 이루어지는 롤 원반을 이용해도 된다.

실린더(11)는, 적어도 박리 보조층(30)의 형성 온도로부터 냉각하여 박리할 때의 온도 범위(예를 들면 0℃~100℃의 온도 범위)에 있어서의 열팽창 계수가 금속층(20) 및 박리 보조층(30)과 비교하여 작은 재료로 구성되어 있으면 된다. 광투과성을 갖는 실린더(11)의 경우에는, 실리콘, 석영, 유리 등을 들 수 있다.

실린더(11)의 내경 D는 100mm~300mm인 것이 바람직하다. 실린더(11)의 원통축 A 방향 길이 L은 300mm 이상인 것이 바람직하다. 실린더(11)의 두께(내벽면과 외벽면의 거리) Ts는 특별히 제한은 없지만, 상술과 같이 요철 패턴 형성을 외벽면으로부터의 레이저광의 조사에 의하여 행하는 경우에는, 요철 패턴을 정밀도 좋고 미세하게 형성하는 관점에서 얇은 것이 바람직하고, 1.2mm 이하, 나아가서는 0.6mm 이하, 특히는 0.1mm 이하가 바람직하다.

도 4는, 롤 원반(10)의 요철 패턴(15)을 구비한 내벽면(15)에 금속층(20)을 형성한 상태를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 금속층(20)의 두께를 수십 μm~수백 μm 정도로 하여, 요철 패턴(15)의 두께, 즉, 레지스트막(12)의 두께보다 충분히 두껍게 함으로써, 금속층(20)의 미세 요철 패턴측과 반대의 면측은 대략 평평하게 되어, 금속층(20)은 롤 원반(10)의 내벽면을 따른 원통 형상으로 형성된다. 이때, 원통 형상의 금속층(20)의 외벽면측은, 롤 원반(10)의 내벽의 요철 패턴(15)에 상보적인 요철 패턴(25)을 갖는 구조로 되어 있다. 금속층(20)의 두께로서는, 30μm 이상, 100μm 이하인 것이 바람직하다.

금속층(20)을 형성하는 방법으로서는, 전해 도금이나 무전해 도금, 스퍼터 등의 진공 성막 등의 사용이 가능하다.

롤 원반(10)의 내벽면(10a)에 도전성이 없는 경우에, 전해 도금에 의하여 금속층을 형성하기 위해서는, 내벽면에 먼저 도전층을 형성할 필요가 있으며, 그와 같은 도전층의 형성에는, 내벽면에 균일하게 성막할 수 있다는 관점에서 무전해 도금을 행하는 것이 바람직하다. 즉, 금속층(20)의 형성 방법으로서는, 먼저 무전해 도금에 의하여 수 μm 정도의 얇은 막두께의 도전층(금속막)을 형성한 후에, 전해 도금(전주(電鑄))에 의하여 수십 μm~100μm 정도의 두께의 금속층을 성막하는 방법이 특히 바람직하다. 무전해 도금에 의하여 형성하는 도전층 및 그 후에 전해 도금에 의하여 형성하는 금속층은, 동일한 재료여도 되고, 상이한 재료여도 된다. 여기에서는 도전층과 금속층을 아울러 롤 원반(10)의 내벽면(10a)에 형성되는 금속층(20)으로 칭한다. 또한, 금속층(20)의 재료로서는 Ni가 특히 바람직하다.

도 5는, 롤 원반(10)의 내벽면에 금속층(20)이 형성되고, 추가로 그 표면(원통 형상의 금속층의 내벽면)에 박리 보조층(30)이 형성된 상태를 나타내는 평면도 및 단면도이다.

여기에서는, 원통 형상의 금속층(20)의 내벽면의 대략 전체 영역에 걸쳐 일정하게 박리 보조층(30)이 형성되어 있지만, 적어도 내벽면의 원기둥 축 방향의 일단부에 형성되어 있으면 박리 보조의 기능을 나타낼 수 있다. 또, 박리 보조층이 형성되는 일단부에는 반드시 롤 원반의 원기둥의 축 방향단(方向端)을 포함하지 않아도 된다. 즉, 박리 보조층은, 박리 보조 기능을 나타내는 범위에서 원기둥의 축 방향단으로부터 약간 원기둥의 축 방향 내방에 형성되어 있어도 된다. 또한, 박리 보조층(30)은, 금속층(20)의 내벽면의 일단부에만 형성되는 경우에도 내벽면 원주 방향을 따라 링 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

박리 보조층(30)이 형성되어 있으면, 금속층(20) 및 박리 보조층(30)을 수축시켜 롤 원반(10)으로부터 박리시킴으로써, 롤 원반(10)으로부터 박리 보조층(30)과 함께 금속층(20)을 박리하는 것이 용이해진다. 또, 박리 보조층(30)이 금속층(20)의 내벽면의 전체 영역에 걸쳐 형성되어 있는 경우에는, 박리 보조층(30)은, 롤 원반으로부터 금속층(20)을 박리하는 것을 보조할 뿐만 아니라, 얇고 기계적인 내성이 낮은 금속층(20)을 지지하는 지지층으로서도 매우 유효한 것이 되어, 바람직하다.

박리 보조층(30)의 두께로서는, 100μm를 넘는 두께로 하는 것이 바람직하다.

박리 보조층의 재료로서는, Ni보다 열팽창 계수가 큰 재료이면 되지만, 냉각에 의한 롤 원반과의 수축량의 차를 크게 하기 위하여, 수지 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 특히는, 폴리카보네이트(PC)나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 바람직하다.

도 6 및 도 7은, 도 1의 공정 C에 나타내는 박리 보조층(30)의 형성 방법의 일례를 나타내는 도이다.

도 6의 공정 A 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 롤 원반(10)의 내벽에 형성된 원통 형상의 금속층(20)의 더 내측으로, 금속층(20)의 내경보다 작게 만 박리 보조층(30)을 삽입한다. 박리 보조층(30)은, 한쪽 면에 점착제(31)가 형성된 수지 필름(32)으로 이루어지며, 점착제(31)는, 만 박리 보조층(30)의 외측에 위치한다. 만 박리 보조층(30)의 원주 방향의 일단측으로부터, 박리 보조층(30)을 금속층(20)측에 압압하면서, 박리 보조층(30)의 내벽을 따라 첩부 롤러(35)를 회전시킴으로써, 박리 보조층(30)을 금속층(20)에 첩부한다. 이때, 도 6의 공정 B에 나타내는 바와 같이, 박리 보조층(30)의 내첩(內貼)의 시단과 종단은 일부 중첩되도 된다.

이와 같은 방법으로 원통 형상의 금속층(20)의 내벽면에 박리 보조층(30)을 형성할 수 있다.

도 8은, 도 1의 공정 C에 나타내는 박리 보조층의 형성 방법의 다른 예를 나타내는 도이다.

도 8의 공정 A에 나타내는 바와 같이, 금속층(20)이 형성된 롤 원반(10)의 금속층(20)이 노출되는 내벽면 이외에 박리 가능한 보호층(36)을 형성한다. 예를 들면, 박리 가능한 보호 시트를 첩부함으로써 보호층(36)을 형성한다. 이 보호층(36)은, 불필요한 부분에 박리 보조층이 형성되는 것을 방지하기 위하여 부여된다. 예를 들면, 롤 원반(10)의 외벽면에 박리 보조층이 형성되어 버리면, 냉각 박리 시에 롤 원반(10)을 수축시키는 힘이 작용하기 때문에, 본 발명의 효과가 저감된다. 롤 원반(10)의 외벽면에 보호층(36)이 부여되어 있는 경우는, 그와 같은 문제를 방지할 수 있다.

다음으로, 도 8의 공정 B에 나타내는 바와 같이, 금속층(20)이 형성된 롤 원반(10)을 자외선 경화 수지 용액(38) 중에 침지시키고, 들어 올리는 것(딥 코트법)에 의하여, 금속층(20)의 표면에 수지 용액(38)을 도포한다. 그 후, 도 8의 공정 C에 나타내는 바와 같이, 자외선(UV광)(39)을 조사하여 수지 용액(38)을 경화시켜, 박리 보조층(30)으로 한다. 그 후, 도 8의 공정 D에 나타내는 바와 같이 보호층(36)을 분리한다.

이와 같이 하여 박리 보조층(30)을 형성해도 된다.

또한, 이와 같은 박리 보조층의 형성 방법에 있어서는, UV광 조사 시의 환경 온도가 박리 보조층 형성 시의 온도이다. 이로 인하여, 수지 용액의 온도는 환경 온도와 상이하게 되어 있어도 된다. 그러나, 이 수지 용액(38)으로부터의 롤 원반(10)의 들어 올림 및 UV광 조사는 대략 동일 온도의 환경하에서 행하는 것이 바람직하다. 즉, 수지 용액(38)을 수용하는 욕조(37)가 배치되어 있는 환경 온도와 UV광 조사를 행하는 환경 온도가 대략 동일한 것이 바람직하다. 또, 박리 보조층 형성 시의 환경 온도를 40℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

도 9는, 롤 원반(10)으로부터 금속층이 박리된 상태를 나타내는 평면도 및 단면도이다.

박리 보조층(30)의 형성 후, 금속층(20) 및 박리 보조층(30)이 형성된 롤 원반(10)을 박리 보조층(30)의 형성 시의 온도보다 냉각함으로써 수축시켜, 롤 원반(10)과, 금속층(20) 및 박리 보조층(30)의 열팽창 계수의 차에 의하여 롤 원반(10)으로부터 금속층(20)을 박리한다.

본 실시형태에 있어서는, 실린더의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 금속층 및 박리 보조층을 구비하고, 또한, 박리 보조층에는, 금속층보다 열팽창 계수가 큰 재료를 이용하고 있다. 금속층의 박리 시에는, 가공 대상물 전체의 온도를, 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 낮아지도록 냉각하여 가공 대상물 전체를 수축시킨다. 그때, 재료마다 열팽창 계수가 다르기 때문에, 수축량에 차가 생긴다. 금속층(20)은, 냉각에 따른 수축량이 가장 큰 박리 보조층(30)의 수축에 따라, 박리 보조층(30)에 당겨지도록 하여 롤 원반(10)의 내벽면(10a)으로부터 박리된다. 그 결과, 금속층(20)과 롤 원반(10)의 내벽면(10a)의 사이에 간극(18)이 발생한다. 금속층을 박리할 때의 냉각 온도는, 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 30℃ 이상 낮게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 박리 보조층 형성 시의 환경 온도가 40℃였을 경우, 금속층을 박리할 때에는 10℃ 정도까지 냉각하는 것이 바람직하다. 또한, 롤 원반(10)과 박리 보조층(30)의 실린더 직경 방향에 대한 수축량의 차가 충분히 발생하면 온도 변화는 30℃보다 적어도 된다.

구체적인 재료에 대하여, 수축량에 어느 정도 차가 발생할지를 검토했다.

표 1 및 표 2에는, 실린더를 구성할 수 있는 산화 실리콘(SiO₂) 및 실리콘(Si), 금속층으로서 특히 바람직하게 이용되는 니켈(Ni), 이형 보조층으로서 사용할 수 있는 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에 대하여, 온도가 30℃ 변화된 경우(40℃에서 10℃로 냉각한 경우에 상당)의 수축량을 나타낸다. 구체적으로는, 표 1에는, 이들 재료가 직경 100mm의 원통 형상을 갖는 경우에, 각각의 열팽창 계수로부터 직경 방향에 대한 수축량[m]을 산출한 결과를 나타낸다. 마찬가지로, 표 2에는, 이들 재료가 직경 300mm의 원통 형상을 갖는 경우에, 각각의 열팽창 계수로부터 직경 방향에 대한 수축량[m]을 산출한 결과를 나타낸다. 또, Ni, PC 및 PET에 대해서는, SiO₂ 및 Si와의 수축량의 차[μm]도 아울러 표 1 및 표 2에 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 온도가 30℃ 변화된 경우의 실린더의 수축량과 박리 보조층의 수축량의 차는, 실린더의 수축량과 금속층의 수축량의 차보다 크게 되어 있으며, 박리 보조층의 급격한 수축에 금속층이 추종하여 금속층이 롤 원반의 내벽면으로부터 박리된다.

원통 축 방향의 일단에 있어서, 금속층과 롤 원반의 내벽면의 사이에 간극(18)이 발생하면, 그 간극에 유체를 주입함으로써 금속층과 롤 원반의 내벽면을 전체 영역에 걸쳐 박리할 수 있다. 유체는 기체여도 되고 액체여도 된다.

박리 시에 원통 축 방향의 일단에 있어서 간극(18)이 일부에라도 발생하면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 그 부분에 커터의 날(45)을 삽입하여 금속층(20)을 박리하도록 해도 된다. 구체적으로는, 커터의 날(45)에 의하여, 금속층(20)과 박리 보조층(30)을 포함하는 적층체(40)의 형상을 원통 형상으로부터 일부 변형시키면서, 롤 원반(10)의 내벽면(10a)으로부터 금속층(20)을 박리하도록 해도 된다.

또, 추가로, 도 11에 나타내는 바와 같이, 박리 보조층(30)의 형성 시의 온도보다 낮은 온도의 물(48) 중에 금속층(20)과 박리 보조층(30)이 형성된 롤 원반(10)을 침지시킴으로써, 롤 원반(10), 금속층(20) 및 박리 보조층(30)을 수축시켜도 된다. 이 경우, 롤 원반(10)과 금속층(20)의 사이에 그 수축률의 차에 따른 간극(18)이 발생하고 그 간극(18)으로부터 유체로서의 물이 주입되어 롤 원반(10)과 금속층(20)의 박리가 보다 촉진된다. 물(48)의 온도는, 박리 보조층(30)의 형성 시의 온도보다 30℃ 이상 낮은 것이 바람직하다. 또한, 원통 축 방향의 일단의 간극에 커터의 날(45)을 삽입하여, 금속층(20)과 박리 보조층(30)의 적층체(40)를 일부 변형시키면, 물의 주입이 보다 촉진되어, 롤 원반(10)과 금속층(20)의 박리가 더 촉진된다.

또한, 요철 패턴을 이루는 레지스트막(12)은 매우 얇기 때문에, 롤 원반(10)의 수축률은, 대략 롤 본체를 구성하는 실린더(11)의 수축률과 동일하다고 간주하고 있다.

또한, 이형 보조층과 금속층의 밀착력이 롤 원반의 내벽면과 금속층의 밀착력보다 커지도록, 각 층의 재료를 선택하거나, 혹은 막면의 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

롤 원반(10)과 금속층(20)의 박리를 더 용이하게 하기 위해서는, 금속층(20)의 형성 전에, 롤 원반(10)의 내벽면(10a)에 이형 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이형 처리로서는, 내벽면(10a)에 이형제를 도포하는 처리를 들 수 있다. 이형제로서는, 불소계 이형제를 이용하는 것이 바람직하고, 특히 불소계 이형제를 이용하여 자기(自己) 조직화 단분자막을 형성하는 것이 바람직하다. 불소계 이형제로서는, 예를 들면 다이킨 고교사제의 Optool(등록상표)을 들 수 있다. 또한, 이형제를 이용한 막은, 딥 코트법 등에 의하여 형성할 수 있다.

도 12는, 금속층(20)과 박리 보조층(30)이 적층되어 이루어지는 원통 형상 적층체(40)로 이루어지는 롤 금형의 평면도 및 단면도이다.

롤 금형은, 외표면에는 롤 원반(10)의 요철 패턴(15)에 대하여 상보적인 요철 패턴(25)을 갖고 있으며, 이상 상세하게 설명한 방법에 의하여 제조할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 하나의 롤 원반(10)을 이용하여, 복수의 롤 금형을 복제할 수 있다.

본 실시형태에서 제작된 롤 금형은, 박리 보조층(30)이 금속층(20)의 전체면에 걸쳐 형성되어 있기 때문에, 금속층(20)에 의해서만 롤 금형을 제작한 경우와 비교하여 기계적인 강도를 큰폭으로 높일 수 있으며, 핸들링성이 향상되어 있다.

10 롤 원반
11 실린더
12 레지스트막
15 요철 패턴
20 금속층
25 금속층 표면의 요철 패턴
30 박리 보조층
40 원통 형상 적층체(롤 금형)

Claims

원기둥 형상의 중공부를 형성하는 내벽면에 전사하는 요철 패턴이 형성되어 이루어지는 롤 원반을 준비하고,
상기 내벽면에 금속층을 성막하며,
상기 금속층의 표면의 적어도 원기둥의 축 방향의 일단부에, 상기 금속층의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 박리 보조층을 형성하고,
상기 금속층 및 상기 박리 보조층이 형성된 상기 롤 원반을 상기 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 낮은 온도로 냉각함으로써, 상기 금속층 및 상기 박리 보조층을 상기 롤 원반보다 수축시켜, 상기 롤 원반으로부터 상기 금속층을 박리하며,
상기 금속층과 상기 박리 보조층의 원통 형상 적층체를 상기 롤 원반으로부터 빼내어, 상기 요철 패턴에 상보적인 요철 패턴을 외표면에 갖는 상기 원통 형상 적층체로 이루어지는 롤 금형을 제작하는 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각은, 상기 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 낮은 온도의 액체 중에 상기 금속층 및 상기 박리 보조층이 형성된 상기 롤 원반을 침지시켜 행하는 롤 금형의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 액체로서 물을 이용하는 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 시의 온도는, 상기 박리 보조층의 형성 시의 온도보다 30℃ 이상 낮은 온도인, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서
상기 롤 원반은, 산화 실리콘 혹은 실리콘으로 이루어지는 실린더를 구비하고,
상기 박리 보조층이 폴리카보네이트 혹은 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 롤 원반으로부터 상기 금속층을 박리할 때, 상기 원통 형상 적층체의 상기 원기둥의 축 방향의 일단을 기계 변형시키고, 상기 기계 변형한 상기 적층체의 상기 일단과 상기 롤 원반의 사이에 유체를 유입시켜 상기 롤 원반으로부터 상기 금속층을 박리하는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속층을 성막하기 전에 상기 내벽면에 이형 처리를 실시하고,
상기 이형 처리된 상기 내벽면에 상기 금속층을 성막하는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 이형 처리에 있어서, 불소계 이형제를 이용하는 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내벽면은, 상기 원기둥의 축 방향의 일단의 적어도 일부 영역에, 상기 전사하는 요철 패턴을 갖지 않는 영역을 구비하고 있는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박리 보조층을 상기 금속층의 전체면에 마련하는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
일면에 점착층을 갖는 수지 필름의 상기 점착층을 상기 금속층에 첩부하여 상기 박리 보조층을 형성하는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박리 보조층의 형성 전에, 상기 롤 원반의 상기 금속층이 형성된 내벽면 이외의 면에, 박리 가능한 보호 시트를 첩부하고,
그 후, 딥 코트법에 의하여 상기 금속층의 표면에 상기 박리 보조층을 형성하는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속층의 두께를 30μm 이상, 100μm 이하로 하는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박리 보조층의 두께를 100μm 초과로 하는, 롤 금형의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 롤 금형의 제조 방법에 있어서, 상기 롤 원반으로부터 빼내어 얻어진, 상기 롤 원반의 요철 패턴에 상보적인 요철 패턴을 외표면에 갖는 원통 형상 적층체로 이루어지는 롤 금형.