JP2011183753A - ロールスタンパ - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブのがたつきが抑えられ、かつセンタリング性が良好であるロールスタンパを提供する。
【解決手段】マンドレル１０と、マンドレル１０の先端側から基端側に向かってマンドレル１０の外周に着脱可能に装着されるスリーブ４０とを有し、スリーブ４０の外周面に形成された微細凹凸構造を被転写体に転写するロールスタンパ１であって、スリーブ４０の両端の開口部が、スリーブ４０の端面に向かって拡径するテーパ部とされ、スリーブ４０が、マンドレル１０の先端側に設けられ、スリーブ４０のテーパ部と当接する先端側係止部２２と、マンドレル１０の基端側に設けられ、スリーブ４０のテーパ部と当接する基端側係止部２４との間で挟持されたロールスタンパ１。
【選択図】図１

Description

本発明は、外周面に形成された微細凹凸構造を被転写体に転写するロールスタンパに関する。

可視光波長以下の周期の微細凹凸構造を表面に有する光学フィルムは、反射防止機能等を発現することから、その有用性が注目されている。特に、モスアイ（Ｍｏｔｈ−Ｅｙｅ）構造と呼ばれる微細凹凸構造は、空気の屈折率から材料の屈折率に連続的に増大していくことで有効な反射防止機能を発現することが知られている。

微細凹凸構造を表面に有する光学フィルムの製造方法としては、基材フィルム（被転写体）の表面に、スタンパの表面に形成された微細凹凸構造を転写するインプリント法が挙げられる。該インプリント法としては、例えば、下記の方法が知られている（特許文献１）。
複数の細孔を有する陽極酸化アルミナが表面に形成されたロールスタンパと、透明な基材フィルムとの間に、紫外線硬化性樹脂が介在した状態で、紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射し、紫外線硬化性樹脂を硬化させた後、硬化樹脂とともに基材フィルムをロールスタンパから剥離する光インプリント法。

該ロールスタンパは、中空円柱状のアルミニウム基材の外周面に、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナが形成されたスリーブを、円柱状のマンドレル（軸芯）の外周に装着したものである。
該ロールスタンパにおいては、スリーブとマンドレルとの間隙は、スリーブのがたつきを抑え、かつスリーブとマンドレルとのセンタリング性を高めるため、３０〜１６０μｍ程度とされる。また、アルミニウム基材の外周面に、規則性が高く、かつサイズのばらつきの小さい複数の細孔を有する陽極酸化アルミナを形成するためには、アルミニウム基材として純度９９％以上の高純度アルミニウムを用いる必要がある。

特開２００９−１７４００７号公報

しかし、高純度アルミニウムは、アルミニウム合金に比べ柔らかいため、ロールスタンパの大面積化のためにスリーブを長くしたり、スリーブの軽量化のためにスリーブを肉薄にしたりすると、中空円柱状のスリーブの中心軸が曲がりやすくなることが分かった。
そして、スリーブとマンドレルとの間隙が３０〜１６０μｍ程度しかないため、スリーブの中心軸がわずかにでも曲がってしまうと、スリーブをマンドレルに装着できなくなるという問題が生じることが分かった。なお、スリーブのマンドレルへの装着性をよくするために、スリーブの内周壁とマンドレルの外周壁との間の間隙を大きくすると、スリーブのがたつき、センタリング性不良、という別の問題が生じる。

本発明は、スリーブのがたつきが抑えられ、かつセンタリング性が良好であるロールスタンパを提供する。

本発明のロールスタンパは、円柱状のマンドレルと、該マンドレルの先端側から基端側に向かって該マンドレルの外周に着脱可能に装着される中空円柱状のスリーブとを有し、該スリーブの外周面に形成された微細凹凸構造を被転写体に転写するロールスタンパであって、前記スリーブの両端の開口部が、該スリーブの端面に向かって拡径するテーパ部とされ、前記スリーブが、前記マンドレルの先端側に設けられ、前記スリーブのテーパ部と当接する先端側係止部と、前記マンドレルの基端側に設けられ、前記スリーブのテーパ部と当接する基端側係止部との間で挟持されていることを特徴とする。

本発明のロールスタンパにおいては、前記スリーブのテーパ部以外の内周壁と前記マンドレルの外周壁との間の間隙が、２５０μｍ以上であることが好ましい。
前記スリーブは、純度９９％以上の高純度アルミニウムからなる中空円柱状のアルミニウム基材の外周面に、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナが形成されたものであることが好ましい。

本発明のロールスタンパは、スリーブのがたつきが抑えられ、かつセンタリング性が良好である。

本発明のロールスタンパの一例を示す断面図である。 マンドレルの先端側にあるスリーブのテーパ部付近の拡大断面図である。 アルミニウム基材の外周面に、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナが形成されたスリーブの製造工程を示す断面図である。

（ロールスタンパ）
図１は、本発明のロールスタンパの一例を示す断面図であり、図２は、マンドレルの先端側にあるスリーブのテーパ部付近の拡大断面図である。
ロールスタンパ１は、円柱状のマンドレル１０と、該マンドレル１０の先端側から基端側に向かって該マンドレル１０の外周に着脱可能に装着される中空円柱状のスリーブ４０とを有する。

スリーブ４０は、マンドレル１０の先端側にあるスリーブ４０の開口部がスリーブ４０の端面に向かって拡径する先端側テーパ部４２と、マンドレル１０の基端側にあるスリーブ４０の開口部がスリーブ４０の端面に向かって拡径する基端側テーパ部４４と、先端側テーパ部４２と基端側テーパ部４４との間にあるスリーブ中間部４６とを有する。
スリーブ中間部４６は、スリーブ４０の両端部よりも外径が大きくされることが好ましく、スリーブ中間部４６の外周面５０には、微細凹凸構造が形成されている。

マンドレル１０は、中空円柱状のマンドレル本体部１２と、マンドレル本体部１２の開口部に一方の端部が挿入され、マンドレル本体部１２からマンドレル１０の先端側に向かって延びる円柱状の軸受け部１４と、マンドレル本体部１２の開口部に一方の端部が挿入され、マンドレル本体部１２からマンドレル１０の基端側に向かって延びる円柱状の軸受け部１６とを有する。

マンドレル本体部１２の先端側には、マンドレル１０の基端側に向かって縮径する、前記先端側テーパ部４２のテーパ面と同じ傾斜のテーパ面を有するコレット１８とコレット１８の抜けを防止するための締付ナット２０とからなるリング状の先端側係止部２２が着脱可能に設けられている。
マンドレル本体部１２の基端側には、マンドレル１０の先端側に向かって縮径する、前記基端側テーパ部４４のテーパ面と同じ傾斜のテーパ面を有するフランジ状の基端側係止部２４がマンドレル本体部１２と一体となって設けられている。

基端側係止部２４には、スリーブ４０の空回りを防止するための回転止めキー２８が、その一部がスリーブ４０の端部の切り欠き（図示略）に嵌合した状態で、ボルトによって固定されている。
マンドレル本体部１２の外周壁には、温調水が流れる水路２６が形成されている。また、マンドレル１０の先端側の水路２６の端部には、温調水導入孔３０が複数穿設され、マンドレル１０の基端側の水路２６の端部には、温調水導出孔３２が複数穿設されている。

軸受け部１４および軸受け部１６の外径は、マンドレル本体部１２よりも小さくされていることが好ましい。
軸受け部１４には、中心軸に沿って延びる温調水供給孔３４が穿設され、該温調水供給孔３４の終端は、マンドレル本体部１２の温調水導入孔３０に連通している。また、軸受け部１６には、中心軸に沿って延びる温調水排出孔３６が穿設され、該温調水排出孔３６の始端は、マンドレル本体部１２の温調水導出孔３２に連通している。

ロールスタンパ１においては、スリーブ４０は、マンドレル１０の先端側に設けられた先端側係止部２２と、マンドレル１０の基端側に設けられた基端側係止部２４との間で挟持されている。この際、スリーブ４０の先端側テーパ部４２のテーパ面と先端側係止部２２のテーパ面とが面で当接するとともに、先端側係止部２２と先端側テーパ部４２との間にはＯリング５２が介在する。また、スリーブ４０の基端側テーパ部４４のテーパ面と基端側係止部２４のテーパ面とが面で当接するとともに、基端側係止部２４と基端側テーパ部４４との間にはＯリング５４が介在する。

センタリング性を向上させるためには、テーパ面の角度αを調整することもできる。テーパ面の角度αは、先端側および基端側ともに、マンドレル１０の軸方向（０°）に対して１５〜４５°が好ましく、２２．５〜３７．５°がより好ましい。テーパ面の角度αが１５°未満では、締付ナット２０で締め付けた際に、先端側および基端側の係止部が、スリーブ４０の先端側および基端側のテーパ部とマンドレル本体部１２の外周壁との間に自己拘束してしまい、スリーブ４０の交換が困難となるおそれがある。テーパ面の角度αが４５°を超えると、先端側および基端側の係止部によるスリーブ４０の挟持が不安定となり、センタリング性が低下するおそれがある。

また、ロールスタンパ１においては、スリーブ４０の先端側テーパ部４２および基端側テーパ部４４以外のスリーブ中間部４６の内周壁とマンドレル本体部１２の外周壁との間に間隙が形成されている。該間隙は、最も狭いところ、すなわちスリーブ４０のテーパ部がない部分で、かつマンドレル本体部１２の水路２６がない部分の間隙Ｃで２５０μｍ以上とすることが好ましい。マンドレル本体部１２の水路２６がある部分の間隙は、それよりもはるかに広くなる。該間隙の上限は特に限定はされないが、水路２６を流れる温調水の流量の点から、該間隙は、１５ｍｍ以下が好ましい。

なお、スリーブ中間部４６の内周壁とマンドレル本体部１２の外周壁との間に比較的広い間隙Ｃがあっても、先端側テーパ部４２と先端側係止部２２との間にＯリング５２が介在し、基端側テーパ部４４と基端側係止部２４との間にＯリング５４が介在しているため、マンドレル本体部１２の水路２６を流れる温調水が、テーパ部と係止部との間から流れ出ることはない。

（スリーブの製造方法）
スリーブ４０としては、純度９９％以上の高純度アルミニウムからなる中空円柱状のアルミニウム基材の外周面に、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナ（アルミニウムの酸化皮膜（アルマイト））が形成されたものが好ましい。以下、該スリーブ４０の製造方法の一例について説明する。

スリーブ４０は、例えば、下記の工程（Ｉ）、（II）を経て製造される。
（Ｉ）円柱状のアルミニウムを切削加工して、中空円柱状のアルミニウム基材を作製する工程。
（II）中空円柱状のアルミニウム基材の外周面に、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナを形成する工程。

工程（Ｉ）：
スリーブ４０の中空部の加工法としては、中ぐりバイトによる切削加工法、ＢＴＡ法等の公知の方法が挙げられる。本発明におけるスリーブ４０については、チャックを反転することなくストレートな孔を１回で穿設でき、中心軸がずれにくい点から、ＢＴＡ法が適している。ＢＴＡ法によってストレートな孔を穿設した後、孔の両側からチャッキング治具を挿入し、テーパ部を公知の方法によって形成する。

工程（II）：
陽極酸化アルミナの形成法としては、大面積化が可能であり、かつ簡便である点から、下記の工程（ａ）〜（ｆ）を有する方法が好ましい。
（ａ）中空円柱状のアルミニウム基材を電解液中、定電圧下で陽極酸化して、外周面に酸化皮膜を形成する工程。
（ｂ）酸化皮膜を除去し、陽極酸化の細孔発生点を形成する工程。
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、電解液中、再度陽極酸化し、細孔発生点に細孔を有する酸化皮膜を形成する工程。
（ｄ）前記工程（ｃ）の後、細孔の径を拡大させる工程。
（ｅ）前記工程（ｄ）の後、電解液中、再度陽極酸化する工程。
（ｆ）前記工程（ｄ）と工程（ｅ）を繰り返し行う工程。

工程（ａ）：
図３に示すように、アルミニウム基材６４を陽極酸化すると、細孔６６を有する酸化皮膜６８が形成される。アルミニウムの純度は、９９％以上であり、９９．５％以上が好ましく、９９．８％以上がより好ましい。アルミニウムの純度が低いと、陽極酸化した時に、不純物の偏析により可視光線を散乱する大きさの凹凸構造が形成されたり、陽極酸化で得られる細孔の規則性が低下したりする。電解液としては、シュウ酸、硫酸等が挙げられる。

＜シュウ酸を電解液として用いる場合＞
シュウ酸の濃度は、０．７Ｍ以下が好ましい。シュウ酸の濃度が０．７Ｍを超えると、電流値が高くなりすぎて酸化皮膜の表面が粗くなることがある。
化成電圧が３０〜６０Ｖの時、周期が１００ｎｍの規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナを得ることができる。化成電圧がこの範囲より高くても低くても規則性が低下する傾向にある。
電解液の温度は、６０℃以下が好ましく、４５℃以下がより好ましい。電解液の温度が６０℃を超えると、いわゆる「ヤケ」といわれる現象がおこり、細孔が壊れたり、表面が溶けて細孔の規則性が乱れたりすることがある。

＜硫酸を電解液として用いる場合＞
硫酸の濃度は０．７Ｍ以下が好ましい。硫酸の濃度が０．７Ｍを超えると、電流値が高くなりすぎて定電圧を維持できなくなることがある。
化成電圧が２５〜３０Ｖの時、周期が６３ｎｍの規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナを得ることができる。化成電圧がこの範囲より高くても低くても規則性が低下する傾向がある。
電解液の温度は、３０℃以下が好ましく、２０℃以下がよりに好ましい。電解液の温度が３０℃を超えると、いわゆる「ヤケ」といわれる現象がおこり、細孔が壊れたり、表面が溶けて細孔の規則性が乱れたりすることがある。

工程（ｂ）：
図３に示すように、酸化皮膜６８を一旦除去し、これを陽極酸化の細孔発生点７０にすることで細孔の規則性を向上することができる。

酸化皮膜を除去する方法としては、アルミニウムを溶解せず、酸化皮膜を選択的に溶解する溶液に溶解させて除去する方法が挙げられる。このような溶液としては、例えば、クロム酸／リン酸混合液等が挙げられる。

工程（ｃ）：
図３に示すように、酸化皮膜を除去したアルミニウム基材６４を再度、陽極酸化すると、円柱状の細孔６６を有する酸化皮膜６８が形成される。
陽極酸化は、工程（ａ）と同様な条件で行えばよい。陽極酸化の時間を長くするほど深い細孔を得ることができる。

工程（ｄ）：
図３に示すように、細孔６６の径を拡大させる処理（以下、細孔径拡大処理と記す。）を行う。細孔径拡大処理は、酸化皮膜を溶解する溶液に浸漬して陽極酸化で得られた細孔の径を拡大させる処理である。このような溶液としては、例えば、５質量％程度のリン酸水溶液等が挙げられる。
細孔径拡大処理の時間を長くするほど、細孔径は大きくなる。

工程（ｅ）：
図３に示すように、再度、陽極酸化すると、円柱状の細孔６６の底部から下に延びる、直径の小さい円柱状の細孔６６がさらに形成される。
陽極酸化は、工程（ａ）と同様な条件で行えばよい。陽極酸化の時間を長くするほど深い細孔を得ることができる。

工程（ｆ）：
図３に示すように、工程（ｄ）の細孔径拡大処理と、工程（ｅ）の陽極酸化を繰り返すと、直径が開口部から深さ方向に連続的に減少する形状の細孔６６を有する陽極酸化アルミナ（アルミニウムの多孔質の酸化皮膜（アルマイト））が形成され、外周面に微細凹凸構造を有するスリーブ４０が得られる。最後は工程（ｄ）で終わることが好ましい。
繰り返し回数は、合計で３回以上が好ましく、５回以上がより好ましい。繰り返し回数が２回以下では、非連続的に細孔の直径が減少するため、このような細孔を転写して製造され光学フィルムの反射率低減効果は不充分である。

細孔６６の形状としては、略円錐形状、角錐形状等が挙げられる。
細孔６６間の平均周期は、可視光線の波長以下、すなわち４００ｎｍ以下である。細孔６６間の平均周期は、２５ｎｍ以上が好ましい。

細孔６６の深さは、１００〜５００ｎｍが好ましく、１５０〜４００ｎｍがより好ましい。細孔６６のアスペクト比（細孔の深さ／細孔の開口部の幅）は、１．５以上が好ましく、２．０以上がより好ましい。図３に示すような細孔６６を転写して製造された光学フィルムの表面は、いわゆるモスアイ構造となる。

スリーブ４０の外周面は、被転写体との分離が容易になるように、離型剤で処理されていてもよい。離型剤としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フッ素化合物等が挙げられ、離型性に優れる点、スリーブ４０との密着性に優れる点から、加水分解性シリル基を有するフッ素化合物が好ましい。フッ素化合物の市販品としてはフルオロアルキルシラン、ダイキン工業社製の「オプツール」シリーズが挙げられる。

（作用効果）
以上説明したロールスタンパ１にあっては、スリーブ４０が、マンドレル１０の先端側係止部２２と基端側係止部２４との間で挟持されているため、スリーブ４０のがたつきが抑えられる。
また、スリーブ４０の先端側テーパ部４２とマンドレル１０の先端側係止部２２とが当接し、スリーブ４０の基端側テーパ部４４とマンドレル１０の基端側係止部２４とが当接しているため、スリーブ４０とマンドレル１０とのセンタリング性が良好である。
また、スリーブ４０のテーパ部以外の内周壁とマンドレル１０の外周壁との間の間隙が２５０μｍ以上であれば、スリーブ４０のマンドレル１０への装着性が良好となる。

なお、本発明のロールスタンパは、図示例のロールスタンパ１に限定はされない。例えば、図示例では、基端側係止部２４は、マンドレル本体部１２と一体となって設けられているが、先端側係止部２２と同様に、コレットと締付ナットとを組み合わせた着脱可能な係止部としてもよい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
〔実施例１〕
円柱状のアルミニウム（純度９９．９９％）を切削加工して、図１に示すスリーブ４０と同じ、中空円柱状のアルミニウム基材（長さ：１０００ｍｍ、外周面５０における外径：２０２ｍｍ、スリーブ中間部４６の内径：１５６ｍｍ、テーパ部の軸方向長さ：２９．４４ｍｍ、テーパ面の角度α：３０°）を作製した。

ついで、アルミニウム基材を、０．３Ｍシュウ酸水溶液中で、浴温：１６℃、直流：４０Ｖの条件下で３０分間陽極酸化を行い、酸化皮膜（厚さ：３μｍ）を形成した（工程（ａ））。形成された酸化皮膜を、６質量％のリン酸と１．８質量％のクロム酸混合水溶液中で一旦溶解除去した（工程（ｂ））後、再び工程（ａ）と同一条件下において、４５秒間陽極酸化を行い、酸化皮膜を形成した（工程（ｃ））。

その後、５質量％リン酸水溶液（３２℃）中に８分間浸漬して、酸化皮膜の細孔を拡径する孔径拡大処理（工程（ｄ））を施した。
さらに、工程（ａ）と同一条件下において、４５秒間陽極酸化を行い、酸化皮膜を形成した（工程（ｅ））。
さらに工程（ｄ）と工程（ｅ）を繰り返し、工程（ｄ）を合計で５回、工程（ｅ）を合計で４回行った（工程（ｆ））。アルミニウム基材の外周面に、周期：１００ｎｍ、深さ：１９０ｎｍの略円錐形状のテーパ状の細孔を有する陽極酸化アルミナが形成されたスリーブ４０を得た。
ついで、離型剤（ダイキン工業社製、オプツールＤＳＸ（商品名））の０．１質量％溶液にスリーブ４０を１０分間ディッピングし、２４時間風乾して離型処理を行った。

これとは別に、図１に示す、ステンレス鋼製のマンドレル１０（長さ：１５３０ｍｍ、水路２６の軸方向長さ：９２３．２２ｍｍ）を作製した。なお、スリーブ４０のテーパ部がない部分で、かつマンドレル本体部１２の水路２６がない部分（軸方向長さ：８．９５ｍｍ）におけるスリーブ中間部４６の内周壁とマンドレル本体部１２の外周壁との間隙Ｃが２８０μｍとなるように、マンドレル本体部１２の外径は、スリーブ中間部４６の内径より若干小さくされている。

スリーブ４０を、マンドレル１０の先端側から基端側に向かって該マンドレル１０の外周に装着したところ、スムーズに装着することができた。また、装着後のスリーブ４０が、がたつくこともなく、センタリング性も良好であった。

本発明のロールスタンパは、モスアイ構造と呼ばれる微細凹凸構造を表面に有する光学フィルムの製造に有用である。

１ ロールスタンパ
１０ マンドレル
２２ 先端側係止部
２４ 基端側係止部
４０ スリーブ
４２ 先端側テーパ部
４４ 基端側テーパ部
５０ 外周面
６４ アルミニウム基材
６６ 細孔
６８ 酸化皮膜（陽極酸化アルミナ）

Claims (3)

1. 円柱状のマンドレルと、
   該マンドレルの先端側から基端側に向かって該マンドレルの外周に着脱可能に装着される中空円柱状のスリーブとを有し、
   該スリーブの外周面に形成された微細凹凸構造を被転写体に転写するロールスタンパであって、
   前記スリーブの両端の開口部が、該スリーブの端面に向かって拡径するテーパ部とされ、
   前記スリーブが、前記マンドレルの先端側に設けられ、前記スリーブのテーパ部と当接する先端側係止部と、前記マンドレルの基端側に設けられ、前記スリーブのテーパ部と当接する基端側係止部との間で挟持されたロールスタンパ。
2. 前記スリーブのテーパ部以外の内周壁と前記マンドレルの外周壁との間の間隙が、２５０μｍ以上である、請求項１記載のロールスタンパ。
3. 前記スリーブが、純度９９％以上の高純度アルミニウムからなる中空円柱状のアルミニウム基材の外周面に、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナが形成されたものである、請求項１または２に記載のロールスタンパ。

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