KR20140031174A

KR20140031174A - 미세구조 전사 필름의 제조 방법 및 제조 장치

Info

Publication number: KR20140031174A
Application number: KR1020137017693A
Authority: KR
Inventors: 테쯔야 스에무네; 키요시 미노우라
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN103459126B; TW201249668A; JPWO2012133660A1; TWI576254B; CN103459126A; JP5924337B2; WO2012133660A1; KR101883193B1

Abstract

열가소성 수지로 이루어지는 필름을 사행시키는 일 없이 안정적으로 표면에 미세구조를 형성한 엔들레스 벨트로 이루어지는 금형에 프레싱하여 필름의 표면에 미세구조를 연속적으로 고속으로 전사하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다. 가열롤과 냉각롤에 서스펜딩된 표면에 미세구조를 갖는 엔들레스 벨트 형상의 전사 금형을 갖는 미세구조 전사 필름의 제조 장치를 사용하여 적어도 한쪽의 면에 피전사층을 갖는 필름을 적어도 5개의 공정을 특정 조건 하에서 이 순서대로 통과함으로써 가공하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법이다.

Description

미세구조 전사 필름의 제조 방법 및 제조 장치{METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING FINE STRUCTURE TRANSFER FILM}

본 발명은 열가소성 필름의 표면에 미세한 요철 패턴 구조를 전사함으로써 미세구조 전사 필름을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 방법에 의해 얻어진 미세구조 전사 필름은 확산, 집광, 반사, 투과 등의 광학적인 기능을 갖는 광학 필름 등 미크론 사이즈부터 나노 사이즈의 미세구조를 그 표면에 필요로 하는 부재로서 사용된다

프리즘 시트, 광 확산 시트, 렌즈 시트 등의 광학 필름에 사용되는 광학 필름의 제조 방법으로서 표면에 미세한 요철 패턴이 형성되어 있는 벨트 형상의 금형의 표면에 필름을 프레싱하고, 상기 필름의 표면에 금형의 미세한 요철 패턴을 전사하는 방법이 있다. 그리고 장척의 열가소성 재료로 이루어지는 필름에 적용가능하고, 권출로부터 전사 공정을 거쳐 권취까지 연속적으로 처리되는 방법 또는 장치가 제안되고 있다.

특허문헌 1에 미세구조를 표면에 형성한 엔들레스 벨트로 이루어지는 금형을 적용하고, 가열한 금형에 열가소성 수지로 이루어지는 필름을 프레싱하여 필름 표면에 미세 요철 구조를 형성한 후 금형을 냉각하고 나서 필름을 박리하는 방법이 기재되어 있다. 금형의 가열 및 냉각은 엔들레스 벨트로 이루어지는 금형을 가열롤 및 냉각롤과 접촉시킴으로써 행해지고, 필름으로의 미세구조의 전사는 가열롤과, 가열롤과 대향하는 닙롤 사이에 엔들레스 벨트로 이루어지는 금형과 필름을 샌드위칭함으로써 행해지고 있다. 이 구조에서는 전사 시의 온도와 박리 시 의 온도를 독립적으로 제어할 수 있으므로 전사 시의 금형 온도를 높게 설정해도 박리성이 문제로 되지 않으므로 높은 정밀도에서의 미세 요철 구조의 전사가 가능하다.

일본 특허 제 4450078호 공보

그러나 특허문헌 1에 기재된 미세구조 전사 필름의 제조 방법에 있어서 보다 높은 전사성을 빠른 반송 속도로 얻기 위해 가열롤을 고온으로 하여 반송한 결과 고온이 된 필름이 지나치게 연화되어 폭방향으로 균일한 장력 상태를 유지할 수 없고, 가압부에서 필름이 급격하게 사행(蛇行)되어 전사 필름을 안정적으로 연속 성형할 수 없게 된다는 문제가 발생했다.

본 발명의 목적은 상기 선행기술의 과제를 해결하는 것이고, 열가소성 수지로 이루어지는 필름에 표면에 미세구조를 형성한 엔들레스 벨트로 이루어지는 금형을 프레싱하여 필름의 표면에 미세구조를 연속적으로 전사하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법 및 제조 장치에 있어서 고정밀도의 형상 전사를 고속으로 행하는 경우에도 필름을 사행시키는 일 없이 안정적으로 반송할 수 있는 미세구조 전사 필름의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 이하의 구성을 갖는다. 즉,

(1) 가열롤과 냉각롤에 서스펜딩된 표면에 미세구조를 갖는 엔들레스 벨트 형상의 전사 금형을 갖는 미세구조 전사 필름의 제조 장치를 사용하여 적어도 한쪽의 면에 피전사층을 갖는 필름을 적어도 이하의 [I]~[V]의 공정을 이하의 [A1] 또는 [A2]를 만족하는 조건 하에서 이 순서대로 통과시킴으로써 가공하는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.

[I] 표면에 미세구조가 형성된 엔들레스 벨트 형상의 금형을 가열된 가열롤에 감싸면서 가열하는 금형 가열 공정

[II] 필름의 전사측 표면과 상기 금형의 미세구조 표면을 밀착시킨 상태에서 상기 가열롤을 포함하는 한 쌍의 롤에 의해 닙 가압되는 가압 전사 공정

[III] 가압 후의 상기 금형과 상기 필름을 밀착시킨 채 냉각존까지 반송하는 반송 공정

[IV] 상기 냉각존에서 금형과 필름을 밀착시킨 채 금형측으로부터 냉각하는 냉각 공정

[V] 냉각 후의 금형과 필름을 박리하는 박리 공정

[A1] 상기 필름의 폭이 상기 금형의 폭보다 넓고, 또한 상기 가압 전사 공정에 있어서 상기 필름의 폭방향 양단부가 상기 가열롤에 대하여 이간되어 있다.

[A2] 상기 금형의 폭이 상기 필름의 폭 보다 넓고, 또한 상기 가압 전사 공정에 있어서 상기 필름이 가압되는 영역의 폭이 상기 필름의 폭 보다 좁다.

(2) 상기 (1)에 있어서,

이하의 [B] [C]의 제어 하에서 가공을 더 행하는 것을 특징으로 하는 미세구조전사 필름의 제조 방법.

[B] 상기 냉각롤에 상기 금형의 반송방향의 위치를 조정하는 수단과, 상기 금형에 가해지는 장력을 검출하는 수단을 설치하고, 상기 금형에 가해지는 장력을 항상 소정의 범위 내가 되도록 상기 냉각롤의 위치를 제어한다.

[C] 상기 금형에 폭방향의 위치를 검출하는 사행 검출 센서와 상기 냉각롤의 각도를 조정하는 수단을 설치하고, 상기 금형의 폭방향의 위치가 항상 소정의 범위 내가 되도록 상기 냉각롤의 각도를 제어한다.

(3) 상기 (2)에 있어서,

상기 박리 공정에 있어서 금형으로부터 필름을 박리하는 박리롤을 상기 냉각롤의 각도의 조정에 추종하여 상기 냉각롤과의 평행도를 유지하도록 동작시키는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.

(4) 상기 (2) 또는 (3)에 있어서,

상기 냉각롤의 각도를 조정하는 수단은 상기 냉각롤을 지지하는 한쪽 또는 양쪽의 베어링을 상기 금형의 반송방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.

(5) 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서,

상기 냉각롤의 각도 조정의 분해능은 0.005°이하인 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서,

상기 가압 전사 공정에 있어서 상기 금형의 폭방향 양단에서 폭방향 외측을 향해 서서히 압력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서,

상기 금형 가열 공정에 있어서 가열 후의 금형 표면 온도를 필름의 Tg+50℃로부터 Tg+100℃의 범위로,

상기 가압 전사 공정에 있어서 필름에 부하되는 선압을 400kN/m 이상으로,

상기 냉각 공정에 있어서 냉각 후의 금형 표면 온도를 필름의 Tg-40℃로부터 Tg-100℃의 범위로 조정하는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.

(8) 가열롤과 냉각롤에 서스펜딩된 표면에 미세구조를 갖는 엔들레스 벨트 형상의 전사 금형을 갖는 미세구조 전사 필름의 제조 장치로서 적어도 이하의 [i]~[v]의 기본 구성을 갖고, 이하의 [a1] 또는 [a2]를 만족하는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.

[i] 전사 금형의 배면에 접하는 가열롤에 설치된 가열수단

[ii] 상기 가열롤과, 가열롤과 평행하게 배치되어 표면이 탄성체로 덮인 닙롤과, 상기 양 롤을 이용한 샌드위칭 기구를 적어도 구비한 가압 수단

[iii] 상기 전사 금형의 배면에 접하는 냉각롤에 설치된 냉각수단

[iv] 상기 가열롤 및 상기 냉각롤을 회전시켜 상기 전사 금형을 반송하는 반송수단

[v] 상기 냉각롤에 근접하여 평행하게 배치되고, 상기 냉각롤과 역방향으로 회전하는 박리롤을 적어도 구비한 박리수단

[a1] 상기 가열롤과 상기 금형의 접촉부의 폭방향 양단부에 있어서 폭방향 외측에서 롤 지름이 작아지도록 상기 가열롤의 표면에 단차를 갖는다.

[a2] 상기 금형의 폭이 상기 닙롤 가압부의 폭보다 넓다.

(9) 상기 (8)에 있어서,

이하의 [b] [c]의 제어수단을 더 갖는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.

[b] 상기 금형을 서스펜딩하는 냉각롤이 상기 금형의 반송방향으로 슬라이드 가능한 가대에 설치되어 있고, 상기 가대와 상기 가대를 슬라이드시키는 가동수단이 하중 검출기를 통해 연결되어 있고, 상기 하중 검출기로부터 얻어지는 상기 금형에 가해지는 장력이 항상 소정의 범위 내가 되도록 상기 가동수단에 의한 상기 가대의 슬라이드량을 조정하는 제어수단.

[c] 상기 금형의 폭방향 위치를 검출하는 사행 검출 센서와, 상기 가대에 설치된 상기 냉각롤의 각도를 조정하는 롤 틸팅 수단이 설치되어 있고, 상기 사행 검출 센서로부터 얻어지는 상기 금형의 폭방향 위치가 항상 소정의 범위 내가 되도록 상기 냉각롤의 틸팅량을 조정하는 제어수단.

(10) 상기 (9)에 있어서,

상기 냉각롤과 근접하게 배치되는 상기 박리롤의 롤 틸팅 수단은 상기 냉각롤과 동일한 롤 틸팅 수단인 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.

(11) 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서,

상기 닙롤의 표면의 탄성체의 고무 경도는 ASTM D2240:2005 규격으로 70~97°인 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.

(12) 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서,

상기 가열롤의 폭방향 양단부에 있어서 롤 지름은 폭방향 외측을 향해 서서히 작아지는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.

(13) 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서,

상기 금형의 폭방향 양단부에 있어서 금형의 두께는 폭방향 외측을 향해 서서히 작아지는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.

(14) 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서,

상기 닙롤의 폭방향 양단부에 있어서 롤 지름은 폭방향 외측을 향해 서서히 작아지는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 열가소성 수지로 이루어지는 필름에 표면에 미세구조를 형성한 엔들레스 벨트로 이루어지는 금형을 프레싱하여 필름의 표면에 미세구조를 연속적으로 전사하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법 및 제조 장치에 있어서 고정밀도의 형상 전사를 고속으로 행하는 경우에도 필름을 사행시키는 일 없이 안정적으로 반송함으로써 높은 생산성으로 고성능의 전사 필름을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치의 일실시형태를 성형용 필름 폭방향에서 본 개략도이다.
도 2는 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치의 일실시형태에 있어서 가열롤과, 가열롤에 대향하는 닙롤에 의해 성형용 필름이 금형에 프레싱되는 구조를 성형용 필름의 반송방향에서 본 개략도이다.
도 3은 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치의 다른 실시형태에 있어서 가열롤과, 가열롤에 대향하는 닙롤에 의해 성형용 필름이 금형에 프레싱되는 구조를 성형용 필름의 반송방향에서 본 개략도이다.
도 4는 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치에 있어서의 금형의 장력 제어 및 사행 방지기구의 제 1 실시형태를 나타내는 개략 평면도이다.
도 5는 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치에 있어서의 금형의 장력 제어 및 사행 방지기구의 제 1 실시형태를 성형용 필름 폭방향에서 본 개략도이다.
도 6은 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치에 있어서의 금형의 장력 제어 및 사행 방지기구의 제 2 실시형태를 나타내는 개략 평면도이다.
도 7은 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치에 있어서의 금형의 장력 제어 및 사행 방지기구의 제 3 실시형태를 나타내는 개략 평면도이다.
도 8은 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치에 있어서의 금형의 장력 제어 및 사행 방지기구의 제 3 실시형태를 성형용 필름 폭방향에서 본 개략도이다.
도 9는 사행 검출 센서에 의한 금형의 폭방향 위치 측정 방법의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 닙롤 표면의 탄성층의 변형량을 나타내기 위한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치의 다른 실시형태에 있어서 가열롤의 금형을 서스펜딩하는 부분의 양단부에 있어서 롤 지름이 폭방향 외측을 향해 서서히 작아질 때의 성형용 필름이 금형에 프레싱되는 구조를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치의 다른 실시형태에 있어서 금형의 폭방향 양단부에 있어서 금형의 두께가 폭방향 외측을 향해 서서히 작아질 때의 성형용 필름이 금형에 프레싱되는 구조를 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 미세구조 전사 필름 제조 장치의 다른 실시형태에 있어서 닙롤의 폭방향 양단부에 있어서 롤 지름이 폭방향 외측을 향해 서서히 작아질 때의 성형용 필름이 금형에 프레싱되는 구조를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 미세구조 전사 필름의 제조 장치는 표면에 미세구조가 형성된 엔들레스 벨트 형상의 금형과, 상기 금형을 가열하기 위한 가열롤과, 가열롤과 평행하게 배치되어 표면이 탄성체로 덮인 닙롤과, 상기 양 롤을 이용한 샌드위칭 수단을 적어도 구비한 가압기구와, 상기 금형을 냉각하기 위한 냉각롤과, 금형에 밀착된 필름을 박리하기 위한 박리기구와, 상기 가열롤 및 상기 냉각롤을 회전시켜 상기 금형을 반송하는 반송기구를 적어도 구비한 미세구조 전사 필름의 제조 장치로서,

상기 가열롤과 상기 금형의 접촉부의 폭방향 양단부에 있어서 폭방향 외측에서 롤 지름이 작아지도록 상기 가열롤의 표면에 단차를 갖는 것, 또는 상기 금형의 폭이 상기 닙롤 가압부의 폭보다 넓어져 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1에 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내는 미세구조 전사 필름의 제조 장치(1)를 성형용 필름 폭방향에서 본 개략 단면도를 나타낸다.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 미세구조 전사 필름의 제조 장치(1)는 상기 엔들레스 벨트 형상인 금형(3)과, 상기 금형(3)을 서스펜딩하는 가열롤(4)과 냉각롤(5)과, 가열롤(4)과 평행하게 배치되어 필름을 가압 성형하는 닙롤(6)과, 성형 후의 필름을 금형(3)으로부터 박리하는 박리기구인 박리롤(7)을 구비하고 있다. 그리고 가열롤(4)과 닙롤(6)은 양 롤로 금형(3)과 성형용 필름(2)을 적층한 상태에서 끼워 가압하기 위해 적어도 어느 한쪽이 프레싱 수단(12)에 접속되어 가압기구로서 구성되어 있다. 또한 가열롤(4)과 냉각롤(5)에 서스펜딩된 금형(3)을 주회시키도록 반송하기 위한 반송기구로서 가열롤(4) 및/또는 냉각롤(5)을 회전 구동하는 구동수단을 구비하고 있다. 또한 성형용 필름(2)의 반송 장치로서 권출롤(8), 권취롤(9)을 구비하고 있고, 또한 필요에 따라 도시하지 않은 가이드 롤을 1개 또는 복수개 구비하고 있다.

미세구조 전사 필름 제조 장치(1)의 동작으로서는 권출롤(8)로부터 권출된 성형용 필름(2)이 가열롤(4)에 의해 가열된 금형(3) 상에 공급됨과 동시에 닙롤(6)에 의해 금형(3)의 미세구조면(3a)에 프레싱되어 필름(2)의 성형면(2a)에 금형(3)의 표면의 형상에 대응하는 형상, 즉 금형(3)의 미세구조와는 역패턴의 미세구조가 전사 성형되고, 그 후 필름(2)은 금형(3)과 밀착된 채 반송되어 냉각롤(5)에 의해 냉각되고, 박리롤(7)에 의해 금형(3)으로부터 박리되어 권취롤(9)에 권취된다. 이 동작이 연속적으로 행해진다.

본 발명의 특징 부분인 가열롤(4)과, 가열롤(4)과 쌍을 이루는 닙롤(6)에 의해 성형용 필름(2)이 샌드위칭되는 가압 성형부의 장치 구성에 대해 도 2, 3을 이용하여 설명한다.

도 2는 성형용 필름(2)의 폭을 금형(3)의 폭보다 넓게 하고, 또한 가열롤(4)의 양단에 단차(4a)를 설치한 경우의 구조를 나타내는 모식도이다. 가압 전사 공정에 있어서 고온으로 가열된 금형(3)의 미세구조면(3a)에 닙롤(6)이 직접 접촉하면 닙롤(6) 표면의 탄성층(10)의 열 손상이나 미세구조면(3a)의 상처의 발생이라는 문제가 생기기 때문에 그것을 방지하기 위해 필름(2)의 폭을 금형(3)의 폭보다 넓게 하는 것이 바람직하다. 그리고 단차(4a)를 설치함으로써 필름(2)의 양단부가 가열롤(4)과 이간되기 때문에 필름(2)과 가열롤(4)이 국소적으로 점착되는 일 없이 필름(2)의 사행을 억제하여 안정된 반송이 가능해진다.

또한 도 3은 금형(3)의 폭을 성형용 필름(2)의 폭보다 넓게 하고, 또한 닙롤(6)에 의해 가압되는 영역의 폭을 필름(2)의 폭보다 좁게 했을 경우의 모식도이다. 도 2의 구성과는 반대로 필름(2)의 폭을 닙롤(6)의 가압 영역의 폭보다 넓게 함으로써 금형(3)의 미세구조면(3a)과 닙롤(6)이 직접 접촉하는 것에 의한 닙롤(6)의 탄성층(10)의 열 손상을 방지한다. 그리고 금형(3)의 폭을 필름(2)의 폭보다 넓게 함으로써 필름(2)이 전체면에서 금형(3)에 지지되기 때문에 필름(2)과 가열롤(4)의 국소적인 점착이 방지되고, 그 결과 도 2의 구성과 마찬가지로 필름(2)의 사행을 억제하여 안정된 반송이 가능해진다.

종래 기술에서는 일반적으로 금형(3)의 폭보다 닙롤(6)의 가압 영역의 폭을 넓게 취해서 성형용 필름(2)의 폭을 금형(3)의 폭보다 넓게 함으로써 고온으로 가열된 금형(3)의 미세구조면(3a)에 닙롤(6)이 직접 접촉하는 것을 방지해왔다. 그러나 그 경우 금형(3) 및 가열롤(4)을 고온으로 가열하여 반송했을 때에 금형(3)보다 폭방향 외측의 영역에서 가열롤(4)과 필름(2)이 국소적으로 점착되어 필름(2)의 반송 장력을 폭방향으로 불균일하게 해버려 필름(2)의 사행을 일으키는 것을 발명자들은 찾아냈다.

본 발명은 성형용 필름(2), 금형(3), 가열롤(4) 및 닙롤(6)에 대해서 가압 성형부에 있어서의 각각의 폭을 정해진 대소관계가 되도록 함으로써 금형(3) 및 가열롤(4)을 고온으로 하여 연속 전사시켜도 필름(2)과 가열롤(4)이 점착되는 일 없이 연속적으로 안정된 장력 상태에서 반송을 행할 수 있다. 그 결과 종래보다 고온 또는 고속으로 필름을 반송하는 것이 가능해지고, 보다 고정밀도의 전사 정밀도의 실현 또는 고속 반송에 의한 생산성 향상의 효과를 초래할 수 있다.

또한 성형용 필름(2)의 사행 방지에 있어서는 필름(2) 뿐만 아니라 금형(3)의 사행도 방지하는 것이 바람직하다. 가압 전사 공정 후의 필름(2)과 금형(3)이 밀착한 채 반송하는 반송 공정에 있어서 금형(3)이 사행되면 금형(3)에 지지된 필름(2)도 일체로 사행되고, 그것에 의해 금형(3)으로부터 이형한 후의 반송이 불안정하게 되는 경우가 있기 때문이다. 발명자들은 엔들레스 벨트로 이루어지는 금형(3)을 가열하는 가열 공정에 있어서 금형(3)의 열 팽창에 의해 금형(3)에 가해지는 장력이 약해져 느슨해짐이 생기는 것, 그리고 금형(3)의 폭방향에서 온도 불균일 존재하면 열 팽창의 차이에 의해 금형(3)의 폭방향의 장력이 불균일하게 되어 사행이 발생한다는 것을 찾아냈다. 그래서 금형(3)의 사행을 방지하기 위해 금형(3)을 서스펜딩하는 한쪽의 롤인 냉각롤(5)에 금형(3)에 가해지는 장력 및 금형(3)의 폭방향 위치를 검출하고, 제어하는 금형 사행 방지기구를 구비한 구성예를 도면에서 설명한다. 또한 제어는 수동, 자동 어느 것이어도 좋지만 자동이 바람직하다.

도 4에 가열롤(4)과 냉각롤(5)에 서스펜딩된 금형(3)에 대해서 그 장력 변동 및 사행을 검출하고, 제어하는 금형 사행 방지기구의 제 1 구성예의 개략 평면도를, 도 5에 동 구성예를 필름 폭방향에서 본 개략도를, 도 9에 금형(3)의 사행을 검출하는 사행 검출 센서(24)에 의한 금형의 폭방향 위치 측정 방법의 개략도를 나타낸다.

엔들레스 벨트 형상의 금형(3)을 가열롤(4)과 냉각롤(5)에 서스펜딩되고, 냉각롤(5)은 금형의 반송방향으로 평행하게 슬라이드 이동가능한 가대(15) 상에 설치되어 있다. 가대(15)의 이동에 의해 가열롤(4)과 냉각롤(5) 사이의 거리가 변화되어 금형(3)에 가해지는 장력이 변화된다. 가대(15)의 이동은 서보모터(17)와 피드 나사(18)를 조합시킨 가동수단(19)에 의해 이루어지고, 가대(15)와 가동수단(19)은 하중 검출기(20)를 통해 연결되어 있다. 금형(3)에 가해지는 장력은 이 하중 검출기(20)에 의해 검출되고, 이 검출된 값이 정해진 범위 내가 되도록 가동수단(19)의 이동량이 제어되어 금형(3)의 장력이 일정하게 유지된다.

그래서 냉각롤(5)의 양단을 지지하는 베어링(13, 14) 중 적어도 한쪽의 베어링(14)을 가대(15) 상에서 금형(3)의 반송방향으로 평행 이동가능하게 한다. 베어링(14)의 이동은 서보모터(21)와 피드 나사(22)를 조합시킨 가동수단(23)에 의해 이루어지고, 금형(3)의 폭방향 위치가 사행에 의해 어긋났을 때에는 이 베어링(14)의 이동에 의해 냉각롤(5)이 베어링(13)을 지점에 틸팅하여 금형(3)의 폭방향 위치가 중심이 되도록 수정한다. 금형(3)의 폭방향 위치의 어긋남은 사행 검출 센서(24)에 의해 검출되고, 그 어긋남량에 따라 가동수단(23)의 이동량, 즉 냉각롤(5)의 틸팅량이 제어되어 냉각롤(5)의 틸팅에 의해 금형(3)의 폭방향 위치가 항상 중심에서 유지된다.

이상의 금형 사행 방지기구에 의해 금형(3)의 열 팽창에 의한 장력의 느슨해짐이나 폭방향의 온도 불균일에 의한 장력 불균일을 기인으로 한 금형(3)의 사행이 방지된다. 그리고 그 결과 가압 전사 공정 후의 반송 공정에 있어서 필름(2)이 금형(3)에 추종하여 사행되는 일이 없어 고정밀도의 미세구조 전사 필름을 보다 안정되게 높은 생산성으로 성형하는 것이 가능해진다.

또한 가대(15)를 이동시키는 가동수단으로서 서보모터와 피드 나사가 아니라 유압이나 공기압을 작동 유체로 하는 유체압 실린더를 사용해도 좋다. 도 6에 본 발명의 제 2 구성예에 있어서의 개략 평면도를 나타낸다. 가대(15)와 유체압 실린더(25)가 하중 검출기(20)를 통해 연결되어 있고, 하중 검출기(20)에서 검출된 값에 따라 유체압 실린더(25)의 압력이 제어된다. 가동수단에 유체압 실린더를 사용하는 경우도 하중 검출기를 연결하는 이유는 실린더의 열화에 의한 슬라이드 저항의 변동이나 작동 유체의 압력 불안정에 관계없이 금형의 장력을 일정하게 하기 위해, 또한 금형의 장력을 시각적으로 알기 쉽게 표시하기 위해서이다. 또한 도 6의 구성예는 냉각롤(5)을 지지하는 베어링(13, 14)의 양쪽을 각각 가대(15) 상에서 이동가능하게 한 경우를 나타낸다. 이것에 의해 한쪽의 베어링만을 이동가능하게 한 경우보다 보다 미세한 정밀도로 냉각롤(5)의 각도를 조정하는 것이 가능해진다.

또한 금형(3)의 사행 방지에 있어서 냉각롤(5)을 틸팅시켰을 때에는 냉각롤(5)과 근접하는 박리롤(7)도 추종하여 틸팅시켜 냉각롤(5)과 박리롤(7)이 항상 평행을 유지하도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 냉각롤(5)에 대하여 박리롤(7)이 기울어져 있는 경우 금형(3)보다 성형용 필름(2)이 박리될 때의 박리 위치가 폭방향에서 달라 필름(2)의 폭방향에서 박리 온도 불균일이 생기거나 박리 장력의 불균일에 의한 필름(2)이나 금형(3)의 사행이 발생하는 경우가 있다. 냉각롤(5)의 틸팅에 박리롤(7)을 추종시키기 위한 구성예를 도면에서 설명한다.

본 발명의 금형의 장력 제어 및 사행 방지기구의 제 3 구성예의 개략 평면도를 도 7에, 필름 폭방향에서 본 개략도를 도 8에 나타낸다.

박리롤(7)이 가대(15) 상에 냉각롤(5)과 근접하여 평행하게 설치되고, 박리롤(7)을 지지하는 베어링(26, 27) 중 적어도 한쪽의 베어링(27)이 냉각롤(5)을 지지하는 한쪽의 베어링(14)과 함께 서보모터(21)와 피드 나사(22)로 이루어지는 가동수단(23)에 의해 가대(15) 상에서 금형(3)의 반송방향으로 평행 이동가능하게 되어 있다. 이것에 의해 금형(3)의 사행 방지를 위해 냉각롤(5)을 틸팅시켰을 때에 냉각롤(5)과 동일한 롤 틸팅수단에 접속된 박리롤(7)이 냉각롤(5)에 추종되어 틸팅하기 때문에 양 롤이 항상 평행을 유지하고, 그 결과 필름(2)은 폭방향으로 균일한 온도 및 박리 장력으로 박리된다.

단, 이 때의 주의점으로서 박리롤(7)의 지점 간 거리가 냉각롤(5)의 지점 간 거리와 동등하고, 또한 양 롤의 중심이 금형(3)의 폭방향 중심 단면 상에 위치하도록 설치될 필요가 있다. 이들이 만족되지 않을 때 가동수단(23)을 이용하여 냉각롤(5)과 박리롤(7)을 틸팅시켰을 때에 양 롤이 기울어지는 각도가 달라 평행이 유지되지 않는다.

또한 도 7, 8에 있어서 박리롤(7)은 성형용 필름(2)의 냉각롤(5)에 대한 부착각이 90°가 되도록 배치되어 있지만 0~180°의 범위이면 다른 위치에 배치되어 있어도 좋다. 성형용 필름(2)의 냉각롤(5)에 대한 부착각이 커질수록 필름(2)이 냉각되는 시간이 길어져 필름(2)을 충분히 냉각하는 것이 가능해진다.

이하에 본 발명의 특징인 가압 성형부를 구성하는 가열롤(4) 및 닙롤(6)에 대해서 설명한다.

닙롤(6)은 심층의 외표면에 탄성층(10)을 피복한 구조이다. 심층은 강도 및 가공 정밀도가 요구되고, 예를 들면 강이나 섬유 강화 수지, 세라믹스, 알루미늄 합금 등이 적용된다. 또한 탄성층(10)은 프레싱력에 의해 변형되는 층이고, 고무로 대표되는 수지층 또는 엘라스토머 재질이 바람직하게 적용된다. 심층은 그 양단부에서 베어링(11)에 의해 회전 지지되어 있고, 또한 상기 베어링(11)은 실린더 등의 프레싱 수단(12)과 접속되어 있다. 닙롤(6)은 이 프레싱 수단(12)의 스트로크에 의해 개폐되어 성형용 필름(2)을 샌드위칭 또는 개방한다.

또한 닙롤(6)은 소망의 프로세스나 필름 재질에 맞춰 온도 조절 기구를 가져도 좋다. 온도 조절 기구로서는 롤 내부를 중공으로 하여 카트리지 히터나 유도 가열 장치를 끼워넣거나 내부에 유로를 가공해서 기름이나 물, 증기 등의 열 매체를 흘려보냄으로써 롤 내부로부터 가열되는 구조이어도 좋다. 또한 롤 외표면 부근에 적외선 가열 히터를 설치하여 롤 외표면으로부터 가열되는 구조이어도 좋다.

닙롤(6)의 가공 정밀도는 JIS B 0621(1984년 개정)에서 정의되는 원통도 공 차에 있어서 0.03mm 이하, 원주 흔들림 공차에 있어서 0.03mm 이하인 것이 바람직하다. 이들 값이 지나치게 커지면 샌드위칭 시의 가열롤(4)과 닙롤(6) 사이에 부분적인 간극이 생기기 때문에 성형용 필름(2)을 균일하게 프레싱할 수 없게 되어 필름(2)의 성형면(2a)에 전사 불균일이 생기는 경우가 있다. 또한 탄성층(10)의 표면조도는 JIS B 0601(2001년 개정)에서 정의된다, 산술평균 조도 Ra가 1.6㎛ 이하인 것이 바람직하다. Ra가 1.6㎛를 초과하면 프레싱 시에 필름(2)의 이면에 탄성층(11)의 표면 형상이 전사되어 버리는 경우가 있기 때문이다.

닙롤(6)의 탄성층(10)의 내열성은 160℃ 이상의 내열 온도를 갖는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 180℃ 이상의 내열 온도를 갖는 것이 바람직하다. 여기서 내열 온도란 그 온도에서 24시간 방치했을 때의 인장 강도의 변화율이 10%를 초과할 때의 온도를 말한다.

탄성층(10)의 재질로서는 예를 들면 고무를 이용하는 경우에 실리콘 고무나 EDPM(에틸렌프로필렌디엔 고무), 네오프렌, CSM(클로로술폰화 폴리에틸렌 고무), 우레탄고무, NBR(니트릴 고무), 에보나이트 등을 사용할 수 있다. 더 높은 탄성율과 경도를 요구하는 경우에는 캘린더 롤러용 수지로서 고무 메이커 각 회사에서 상기 고무에 특수한 처방을 이용한 것이나 인성을 향상시킨 경질 내압 수지(예: 폴리에스테르 수지)를 사용할 수 있다.

도 10은 프레싱력이 가해졌을 때의 닙롤(6)만을 인출하여 성형용 필름(2)의 폭방향에서 본 개략도이다. 이 때 탄성층(10)의 두께방향에는 변형량(δ)이 발생하고, 이것에 따라 닙롤(6)과 성형용 필름(2)은 접촉폭(B)을 가지고 접촉한다. 탄성층(10)의 변형량(δ)을 제어하기 위해 바람직하게는 탄성층(10)의 고무 경도가 ASTM D2240:2005(쇼어 D) 규격으로 70~97°의 범위인 것이 바람직하다. 그 이유는 경도가 70°를 하회하면 탄성층(11)의 변형량(δ)이 커지고, 필름(2)과의 접촉 폭(B)이 지나치게 커져 미세구조의 전사에 필요한 압력을 확보할 수 없게 될 우려가 있고, 또한 경도가 97°를 초과하면 반대로 상기 층의 변형량(δ)이 작아지고. 접촉 폭(B)이 지나치게 작아져 미세구조의 전사에 필요한 프레싱 시간을 확보할 수 없을 우려가 있기 때문이다.

이어서 닙롤(6)과 대향하여 성형용 필름(2) 및 금형(3)을 샌드위칭하는 가열롤(4)에 대해서 설명한다.

가열롤(4)은 닙 시에 하중을 받으므로 강도 및 가공 정밀도가 요구되어 가열수단을 더 포함한다. 재질로서는 예를 들면 강철이나 섬유 강화 수지, 세라믹스, 알루미늄 합금 등이 고려된다. 또한 가열수단으로서는 내부를 중공으로 하여 카트리지 히터나 유도 가열 장치를 설치하거나 내부에 유로를 가공해서 기름이나 물, 증기 등의 열 매체를 흘려보냄으로써 롤 내부로부터 가열되는 구조이어도 좋다. 또한 롤 외표면 부근에 적외선 가열 히터나 유도 가열 장치를 설치하여 롤 외표면으로부터 가열되는 구조이어도 좋다.

가열롤(4)의 가공 정밀도도 상술한 닙롤(6)과 같이 JIS B 0621(1984년 개정)에서 정의되는 원통도 공차에 있어서 0.03mm 이하, 원주 흔들림 공차에 있어서 0.03mm 이하인 것이 바람직하다. 이들 값이 지나치게 커지면 샌드위칭 시의 가열롤(4)과 닙롤(6) 사이에 부분적인 간극이 생기기 때문에 성형용 필름(2)을 균일하게 프레싱할 수 없게 되어 필름(2)의 성형면(2a)에 전사 불균일이 생기는 경우가 있다. 또한 가열롤(4)의 표면 조도는 JIS B 0601(2001년 개정)에서 정의되는 산술평균 조도 Ra가 0.2㎛ 이하인 것이 바람직하다. Ra가 0.2㎛를 초과하면 금형(3)의 이면에 가열롤(4)의 형상이 전사되고, 또한 그것이 필름(2)의 성형면(2a)에 전사되어 버리는 경우가 있기 때문이다.

가열롤(4)의 표면에는 경질 크롬 도금, 세라믹 용사, 다이아몬드·라이크·카본·코팅 등의 고경도 피막의 형성 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는 가열롤(4)은 항상 금형(3)과 접촉되어 있고, 닙롤(6)에 의한 프레싱력을 받기 때문에 그 표면은 매우 마모되기 쉬워 가열롤(4)의 표면이 마모되거나 상처가 나거나 하면 상술한 바와 같은 성형용 필름(2)의 전사 불균일이나 필름(2)의 성형면(2a)에의 롤 표면 형상의 전사라고 하는 문제가 생기기 때문이다.

그리고 본 발명의 특징인 가압 성형부의 구성으로서 가열롤(4)과 닙롤(6)로 성형용 필름(2) 및 금형(3)을 밀착시켜 샌드위칭하는 가압 전사 공정에 있어서 이하의 (1) 또는 (2)의 조건을 만족하는 구성으로 한다. 즉,

(1) 성형용 필름(2)의 폭이 금형(3)의 폭보다 넓고, 또한 가압 전사 공정에 있어서 성형용 필름(2)의 폭방향 양단부가 가열롤(4)에 대하여 이간되어 있다.

(2) 금형(3)의 폭이 성형용 필름(2)의 폭보다 넓고, 또한 가압 전사 공정에 있어서 성형용 필름(2)이 가압되는 영역의 폭이 성형용 필름(2)의 폭보다 좁다.

이하에 본 발명의 가압 성형부의 구성에 대해서 도 2, 3을 이용하여 상세히 설명한다. 또한 도 2, 3에 있어서는 성형용 필름(2)이 가압되는 영역의 폭을 W, 가압되는 영역의 끝으로부터 성형용 필름(2)의 단부까지의 길이를 v로 정의하고 있고, 도 2와 같이 금형(3)의 폭이 닙롤(6)의 폭보다 좁은 경우는 금형(3)의 폭이 W가 되고, 도 3과 같이 닙롤(6)의 폭이 금형(3)의 폭보다 좁은 경우는 닙롤(6)의 폭이 W가 된다.

(1)의 조건을 만족하는 경우의 가압 성형부의 구성을 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이 성형용 필름(2)의 폭을 금형(3)의 폭, 즉 필름(2)이 가압되는 영역의 폭(W)보다 길게 한다. 이 이유는 고온으로 가열된 금형(3)의 미세구조면(3a)에 닙롤(6)이 직접 접촉하는 것에 의한 닙롤(6) 표면의 탄성층(10)의 열 손상이나 금형의 미세구조면(3a)의 상처의 발생을 방지하기 위해서이다. 그리고 금형(3)의 폭방향 단부로부터 필름(2)의 폭방향 단부까지의 길이(v)는 5~15mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 v가 5mm를 하회하면 필름(2)이 반송 중에 자연히 발생할 수 있는 약간의 사행에 의해 금형(3)과 닙롤(6)이 직접 접촉될 우려가 있기 때문이다. 한편 v가 15mm를 상회하면 필름(2)의 면적에 대하여 얻어지는 미세구조 전사 필름의 면적이 작아져 수율의 저하가 현저하게 되기 때문에 바람직하지 않다.

그리고 가열롤(4)의 표면 구조로서 성형용 필름(2)의 단부에 있어서 필름(2)과 가열롤(4)이 접촉하지 않도록 이간된 영역을 형성한다. 이간시키는 수단으로서는 단차(4a)를 설치한다. 단차의 고저차(이간 거리)(H)는 10~30mm의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 금형(3)의 단부로부터 단차(4a)까지의 거리(u)는 1~3mm의 범위내로 하는 것이 바람직하다.

발명자들은 본 발명에 적용되는 고압력 조건을 적용한 프로세스에서는 성형용 필름(2)이 가압부의 단부에서 굴곡되는 현상이 현저해지는 것을 찾아냈다. 그래서 가열롤(4)에 단차(4a)를 설치함으로써 굴곡 현상에 의해 휘어진 필름 단부가 가열롤(4)에 접촉 및 점착을 억제할 수 있다. 필름(2)은 닙롤(6)에 의해 비전사면의 폭방향 전체면에 걸쳐 프레싱력을 받는 것에 대해 전사면은 금형(3)의 범위에서만 지지된다. 이 때 필름(2)의 금형(3)보다 폭방향 외측의 영역에 금형(3)의 폭방향 단부를 지점으로 한 벤딩 모멘트가 발생하고, 그것에 의해 도 2에 나타낸 바와 같이 성형용 필름(2)의 단부는 가열롤(4)측을 향해 굴곡된다. 이 때 H 및 u를 상기 적정 범위로 함으로써 굴곡 현상이 일어난 경우이어도 필름(2)이 가열롤(4)과 접촉하는 일 없이 보다 안정되게 필름을 연속 성형하는 것이 가능해진다.

종래 기술에서는 이간 부분이 없기 때문에 금형(3) 및 가열롤(4)을 고온으로 가열하여 반송했을 때에 가열롤(4)과 성형용 필름(2)이 국소적으로 점착되어 필름(2)의 반송 장력을 폭방향으로 불균일하게 해버려 필름(2)의 사행을 일으키는 일이 많았다. 본 구성의 이간 부분을 형성한 전사 방법에서는 금형(3) 및 가열롤(4)을 고온으로 하여 연속 전사시켜도 필름(2)과 가열롤(4)이 점착되는 일 없이 연속적으로 안정된 장력 상태에서 반송을 행할 수 있다. 그 결과 종래보다 고온 또는 고속으로 필름을 반송하는 것이 가능해지고, 보다 고정밀도의 전사 정밀도의 실현 또는 고속 반송에 의한 생산성 향상의 효과를 초래할 수 있다.

이어서 (2)의 조건을 만족하는 경우의 가압 성형부의 구성을 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이 금형(3)의 폭을 성형용 필름(2)의 폭보다 넓게 하고, 또한 닙롤(6)의 가압부의 폭, 즉 필름(2)이 가압되는 영역의 폭(W)을 필름(2)의 폭보다 좁게 한다. 이 이유는 (1)의 조건과 마찬가지로 금형(3)과 닙롤(6)이 직접 접촉하는 것에 의한 탄성층(10)의 열 손상이나 금형의 미세구조면(3a)의 상처의 발생을 방지하기 위해서이다. 그리고 닙롤(6)의 가압부의 폭방향 단부로부터 필름(2)의 폭방향 단부까지의 길이(v)는 5~15mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 이유도 (1)의 조건과 마찬가지로 v가 5mm을 하회하면 필름(2)의 반송 중의 약간의 사행에 의해 금형(3)과 닙롤(6)이 접촉될 우려가 있고, 한편 v가 15mm을 상회하면 필름(2)의 면적에 대하여 얻어지는 미세구조 전사 필름의 수율의 저하가 현저하게 되기 때문이다.

본 구성은 금형(3)의 폭을 성형용 필름(2)의 폭보다 넓게 함으로써 필름(2)이 폭방향 전체면에서 금형(3)에 의해 지지되고, 금형(3) 및 가열롤(4)을 고온으로 해서 연속 전사시켜도 필름(2)과 가열롤(4)이 점착되는 일 없이 연속적으로 안정된 장력 상태에서 반송을 행할 수 있다. 그 결과 종래보다 고온 또는 고속으로 필름을 반송하는 것이 가능해지고, 보다 고정밀도의 전사 정밀도의 실현 또는 고속 반송에 의한 생산성 향상의 효과를 초래할 수 있다.

또한 (1) 및 (2)의 양쪽 구성에 있어서 가압부의 폭방향 단부에서 서서히 압력을 단부를 향해 저하시키는 것이 바람직하다. 단부의 압력을 저하시킴으로써 성형용 필름(2)의 단부에 있어서의 굴곡 현상이나 가압 영역과 비가압 영역의 경계부에 생기는 가압 흔적이 완화되어 성형 후의 필름의 평면성 악화나 와인딩 상태의 흐트러짐을 억제하여 필름을 보다 안정된 상태에서 연속적으로 반송·성형할 수 있다.

도 11~도 13에 가압부의 단부에서 압력을 저하시키는 수단의 일례를 나타낸다. 또한 각 도면에 있어서 (a)는 조건(1)을 만족하는 구성의, (b)는 조건(2)를 만족하는 구성의 경우의 일례를 나타낸다.

도 11은 가열롤(4)의 폭방향 단부에서 롤 지름을 서서히 작게 한 경우의 가압 성형부의 장치 구성을 나타내는 모식도이다. 탄성층(10)의 변형량은 가압부의 폭방향 외측을 향함에 따라 작아지고, 그에 따라 성형용 필름(2)에 부하되는 압력도 가압부의 폭방향 단부를 향함에 따라 작아진다. 그 결과 필름(2)의 단부에 있어서의 굴곡 현상이나 가압 영역과 비가압 영역의 경계부에 생기는 가압 흔적이 완화된다.

또한 도 12에는 금형(3)의 두께를 단부에서 폭방향 외측을 향해 서서히 작게 하고 있는 구조를, 도 13에는 닙롤(6)의 롤 지름을 폭방향 단부를 향해 작게 한 구조를 나타낸다. 이들도 도 11의 구성과 마찬가지로 성형용 필름(2)에 부하되는 압력을 가압부의 폭방향 단부로 향함에 따라 작게 함으로써 필름(2)의 단부에 있어서의 굴곡 현상이나 가압 영역과 비가압 영역의 경계부에 생기는 가압 흔적이 완화된다.

가열롤(4)과 닙롤(6)의 바람직한 가압 조건에 대해서 이하에 설명한다.

가열롤(4)과 닙롤(6)의 상대 위치 정밀도는 JIS B 0621(1984년 개정)에서 정의되는 평행도 공차에 있어서 0.1mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 평행도 공차가 0.1mm초로 된 경우 성형용 필름(2)에 부하되는 프레싱력이 폭방향으로 균일하게 되지 않아 전사 불균일이 생기거나 필름(2)의 사행이 발생하는 경우가 있다.

또한 양 롤의 가압 시의 휨량의 합계는 성형용 필름(2)이 가압되는 영역의 폭(W) 내에 있어서 50㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 휨량이 50㎛ 초과되면 닙롤(6)의 탄성층(10)이 변형에 추종할 수 없게 되어 필름(2)에 부하되는 프레싱력이 불균일하게 된다.

바람직한 닙압은 도 10에 나타내어지는 바와 같이 프레싱 수단(12)에 의해 닙롤(6)에 가해지는 힘(P), 성형용 필름(2)과 닙롤(6)의 접촉 길이(B)로 하고, 도 2, 3에 나타내어지는 바와 같이 성형용 필름(2)이 가압되는 영역의 폭을 W로 했을 때에 σ=P/BW로 정의되는 겉보기 닙압(σ)을 80MPa 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 탄성층(10)의 프레싱 거리, 즉 접촉 길이(B)는 4~8mm의 범위 내인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5~7mm의 범위 내인 것이 바람직하다. 접촉 길이(B)가 4mm보다 좁아지면 필름(2)에의 미세구조 전사에 충분한 프레싱 시간을 확보할 수 없게 된다. 한편 8mm보다 넓어지면 상술의 닙압을 충분한 값으로 확보하는 것이 어렵게 된다. 또한 닙롤에 가해지는 힘(P)을 가압 영역의 폭(W)으로 나눈 P/W는 선압으로 정의되고, 이 값은 단위폭당 가해지는 닙 하중을 나타낸다. 선압 P/W의 범위는 400kN/m 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 500kN/m 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이어서 본 발명에 있어서의 미세구조 전사 필름의 제조 장치를 구성하는 그 외의 부재에 대해서 설명한다.

금형(3)은 표면에 미세구조면을 가공한 엔들레스 벨트이다. 재질은 강도와 열 전도율이 높은 금속이 바람직하고, 예를 들면 니켈이나 강철, 스텐레스강, 구리 등이 바람직하다. 또한 상기 금속 벨트의 표면에 도금을 시행한 것을 사용해도 좋다. 표면에 미세구조를 가지는 금형(3)의 작성 방법에 대해서는 금속 벨트의 표면에 직접 절삭이나 레이저 가공을 시공하는 방법, 금속 벨트의 표면에 형성한 도금 피막에 직접 절삭이나 레이저 가공을 시공하는 방법, 미세구조를 내면에 갖는 원통 형상의 원판에 전기 주조를 시행하는 방법, 금속 벨트의 표면에 미세구조면을 갖는 박판을 연속해서 붙이는 방법 등을 들 수 있다.

엔들레스 형상의 금속 벨트는 소정의 두께, 길이를 가지는 금속판의 단부끼리를 맞대 용접하는 방법, 소정배 두께의 금속판을 소정의 절반의 길이로 용접해서 엔들레스 형상으로 한 후에 압연하는 방법 등에 의해 제조된다. 이 때 두께는 금속 벨트의 강도와 핸들링성의 이유에 의해 0.1~0.4mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 범위보다 두께가 작아지면 가열롤(4)과 냉각롤(5)에 의해 서스펜딩되었을 때에 가해지는 장력에 의해 금속 벨트가 파단 또는 소성 변형될 우려가 있다. 한편 이 범위보다 두께가 큰 경우 금속 벨트의 벤딩 강성이 지나치게 커져 가열롤(4) 및 냉각롤(5)에 서스펜딩되거나 이들 롤에 서스펜딩된 상태로 반송시키는 것이 어려워진다.

엔들레스 형상의 금속 벨트의 표면에 도금을 시행하는 경우는 도금의 재질은 니켈이나 구리 등이 바람직하다. 또한 금속 벨트의 두께는 0.1~0.3mm, 도금의 두께는 0.03~0.1mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 금속 벨트의 두께에 대하여 도금의 두께가 커지면 금속 벨트와 도금의 경계면에서 박리가 발생될 우려가 있다. 한편 도금의 두께가 너무 작으면 미세구조를 정밀도 좋게 가공하는 것이 곤란해진다.

엔들레스 벨트 금형의 제조 방법의 일례를 이하에 나타낸다.

우선 얇은 스텐레스 강판의 단부를 맞대 용접하여 엔들레스 형상의 금속 벨트로 가공한다. 이어서 이 금속 벨트를 롤에 끼워 고정하고, 표면에 니켈 도금 처리를 실시한다. 그 후 선반 가공기로 금속 벨트의 도금층에 소정의 미세구조를 절삭 가공한다. 그리고 절삭 가공을 실시한 금속 벨트를 롤로부터 떼어냄으로써 표면에 소정의 미세구조를 가진 엔들레스 벨트 금형이 얻어진다.

미세구조란 높이 10nm~1mm의 볼록 형상이 피치 10nm~1mm, 보다 바람직하게는 높이 1㎛~100㎛의 볼록 형상이 피치 1㎛~100㎛로 주기적으로 반복된 형상을 나타내고, 예를 들면 삼각 형상의 홈이 복수개 스트라이프 형상으로 나열되어 있는 것이거나 직사각형, 반원 형상 또는 반타원 형상 등이어도 좋다. 또한 홈이 직선일 필요는 없고, 곡선의 스트라이프 패턴이어도 좋다. 또한 그 능선방향은 벨트의 둘레방향에 한정되지 않고 폭방향이어도 좋다. 또한 미세구조는 그 외에도 직선 형상 또는 곡선 형상으로 연속된 것에 한정되지 않고, 반구나 원뿔이나 직육면체 등의 볼록 형상 또는 오목 형상이 도트 형상으로 이산적으로 배치된 것이어도 좋다.

도 4, 5에 나타낸 바와 같이 금형(3)은 가열롤(4)과 냉각롤(5)에 서스펜딩되고, 냉각롤(5)은 양단을 베어링(13, 14)에 의해 회전 지지된 상태로 가대(15) 상에 설치된다. 그리고 가대(15)는 슬라이드 레일(16)에 의해 금형(3)의 반송방향으로 평행하게 슬라이드 이동가능해지고, 이것에 의해 냉각롤(5)이 설치된 가대(15)를 이동시킴으로써 냉각롤(5)에 서스펜딩된 금형(3)의 반송방향의 위치가 조정된다. 이 때 가대(15) 및 슬라이드 레일(16)은 수평한 면에 설치되어 있고, 가동방향의 외력에 대하여 매우 작은 저항으로 이동하는 것이 바람직하다. 가대(15)는 서보모터(17)와 피드 나사(18)를 조합시켜 이루어지는 가동수단(19)과 하중 검출기(20)를 통해 연결되어 있고, 하중 검출기(20)는 가대(15)의 가동방향으로 가해지는 힘, 즉 가대(15) 상에 설치된 냉각롤(5)에 대하여 금형(3)으로부터 전달되는 장력을 측정하는 방향으로 접속되어 있다. 따라서 가대(15)가 이동하고, 금형(3)이 가열롤(4)과 냉각롤(5) 사이에 텐션된 상태로 서스펜딩되었을 때 하중 검출기(20)에는 금형(3)의 상하면에 가해지고 있는 장력과 거의 동등한 힘이 부하된다. 서보모터(17)와 하중 검출기(20)는 도시하지 않은 제어 회로에 의해 접속되고, 하중 검출기(20)의 검출 값의 변동에 따라 가동수단(19)의 이동량이 제어되어 금형(3)에 가해지는 장력이 항상 일정하게 유지되도록 냉각롤(5)의 위치가 자동으로 조정된다.

냉각롤(5)의 양단을 지지하는 베어링 중 한쪽의 베어링(14)은 가대(15) 상에 설치된 서보모터(21)와 피드 나사(22)의 조합으로 이루어지는 가동수단(23)에 의해 가대(15) 상에서 금형(3)의 반송방향으로 더 평행 이동가능해지고 있다. 이 때 다른 한쪽의 베어링(13)은 가대(15) 상에 고정되어 있고, 베어링(14)이 가대(15) 상에서 이동함으로써 냉각롤(5)은 베어링(13)을 지점에 회전시키고, 가열롤(4)에 대하여 틸팅한다. 냉각롤(5)의 틸팅하는 각도를 정하는 베어링(14)의 위치는 금형(3)의 폭방향 위치에 따라 제어되고, 도 4에 있어서 가열롤(4)과 냉각롤(5)이 평행할 때의 베어링(14)의 위치를 기준으로 하여 금형(3)의 폭방향 위치가 도 4의 y1 방향으로 어긋났을 때 베어링(14)은 x1 방향으로 움직이고, 금형(3)이 y2 방향으로 어긋났을 때 베어링(14)은 x2 방향으로 움직인다. 금형(3)의 폭방향 위치의 변동은 사행 검출 센서(24)에 의해 감시된다. 도 9에 사행 검출 센서(24)와 금형(3)을 필름 반송방향 하류측에서 보았을 때의 개략도를 나타낸다. 사행 검출 센서(24)는 발신측(24a)과 수신측(24b)으로 나뉜 광량 검출식 등의 비접촉 라인 센서이고, 발신 신호의 일부가 금형(3)에 의해 차단되도록 금형(3)의 폭방향 단부에 덮이도록 설치된다. 그리고 수신측(24b)이 받는 신호량의 대소에 따라 금형(3)의 폭방향 위치를 검출한다. 서보모터(21)와 사행 검출 센서(24)는 도시하지 않은 제어 회로에 의해 접속되어 사행 검출 센서(24)의 검출값에 맞춰 가동수단(23)의 이동량이 정해진다. 그리고 금형(3)의 폭방향 위치가 항상 소정의 범위 내가 되도록 냉각롤(5)의 각도가 제어되고, 금형(3)의 사행이 방지된다. 또한 냉각롤(5)을 틸팅시키는 수단으로서 도 6에 나타낸 바와 같이 냉각롤(5)을 지지하는 베어링(13, 14)의 양쪽을 가대(15) 상에서 이동시켜도 좋다. 이것에 의해 한쪽의 베어링만을 이동시키는 경우보다 고정밀도로 냉각롤(5)의 각도를 조정하는 것이 가능해진다.

또한 금형(3)의 폭방향 위치를 고정밀도로 위치 결정하기 위해서 냉각롤(5)의 각도를 미세하게 제어하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 냉각롤(5)의 각도 분해능을 0.005°이하로 하는 것이 바람직하다. 여기서 냉각롤(5)의 각도 분해능이란 금형(3)의 사행 수정을 위해 냉각롤(5)을 틸팅시킬 때에 가열롤(4)의 회전축에 대하여 냉각롤(5)의 회전축의 각도가 변화되는 최소량을 나타낸다. 냉각롤(5)의 각도 분해능을 0.005°이하로 함으로써 사행 수정 시에 금형(3)의 폭방향 위치가 요동·발산하는 일 없이 중심의 기준 위치로 신속하게 수렴된다. 그 결과 금형(3)이 항상 폭방향의 중심에 위치하여 필름(2)을 안정되게 연속적으로 성형하는 것이 가능해진다.

냉각롤(5)의 각도 분해능은 베어링(13) 고정측, 베어링(14)을 이동측으로 하는 경우는 양 베어링(13, 14)의 지점 간 거리와 베어링(14)의 이동 분해능에 의해 정해지고, 예를 들면 지점 간 거리가 600mm이면 베어링(14)의 이동 분해능을 0.05mm로 하면 냉각롤(5)의 각도 분해능은 약 0.0048°가 된다.

냉각롤(5)은 예를 들면 내부에 통수로가 설치되어 일정 온도의 물을 연속해서 순환시키는 수냉식의 냉각수단 등에 의해 냉각되는 것이 바람직하다. 그리고 금형(3)과의 접촉면에 있어서의 열 전도에 의해 금형(3)을 냉각한다.

박리롤(7)은 냉각롤(5)과 마찬가지로 냉각수단을 내장하고 있어 성형용 필름(2)을 이면측으로부터 냉각하고, 금형(3)으로부터의 박리를 보조하는 역할을 수행한다. 이 때 금형(3)의 사행 방지에 있어서 냉각롤(5)을 틸팅시켰을 때에는 박리롤(7)도 냉각롤(5)에 추종하여 틸팅시켜 항상 냉각롤(5)과의 평행도를 유지하도록 동작시키는 것이 바람직하다. 박리롤(7)의 틸팅은 예를 들면 도 7 및 8에 나타낸 바와 같이 냉각롤(5)의 틸팅 수단과 동일한 수단에 의해 이루어진다. 또는 박리롤(7)은 유체압 실린더 등에 의해 냉각롤(5)에 대하여 프레싱되는 구조이어도 좋다. 박리롤(7)의 성형용 필름(2)에 대한 프레싱력은 특별히 제한되지 않고, 박리롤(7)의 둘레면이 성형용 필름(2)의 이면에 밀착되어 있으면 좋다.

권출롤(8) 및 권취롤(9)은 모두 성형용 필름(2)을 둘러 감는 코어를 고정할 수 있는 구조로 되어 있고, 단부는 모터 등의 구동수단과 연결되어 속도를 제어하면서 회전 가능하게 되어 있다. 또한 토크 제어에 의해 성형용 필름(2)에 가해지는 장력을 조정할 수 있는 것이 바람직하다.

각 롤의 단부는 롤링 베어링 등에 의해 회전 지지된다. 가열롤(4)은 모터 등의 구동수단과 연결되어 속도를 제어하면서 회전 가능하게 되어 있다. 또한 냉각롤(5)은 벨트 금형을 통과하여 가열롤(4)의 구동력에 의해 회전하는 것이 바람직하다. 반송 속도는 미세구조의 성형성과 성형 필름의 생산성의 밸런스를 고려하여 결정되지만 미세구조를 고정밀도로 전사하면서 생산성을 높게 하기 위해 속도는 1~30m/분의 범위로부터 결정되는 것이 바람직하다. 닙롤(6)의 구동수단은 가열롤(4)의 단부와 체인 또는 벨트 등으로 연결하여 가열롤(4)과 연동시켜 회전할 수 있게 하거나 또는 가열롤(4)과 속도를 동기가능한 모터 등을 사용하여 독립적으로 회전시키는 것이 바람직하지만 회전가능한 구조로 하여 성형용 필름(2)과의 마찰에 의해 회전되도록 해도 좋다.

또한 각 롤을 지지하는 베어링은 그 롤의 질량이나 받는 부하, 회전 속도 등에 따라 설계되지만 냉각롤(5) 및 박리롤(7)을 지지하는 베어링에는 조심식 베어링을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 롤에 조심식이 아닌 베어링을 사용한 경우 롤을 틸팅했을 때에 베어링이 비틀려 손상될 우려가 있다.

상기 장치를 사용하여 미세구조가 표면에 형성된 필름의 제조 방법을 설명한다.

본 발명의 미세구조 전사 필름의 제조 방법은 가열롤과 냉각롤에 서스펜딩된 표면에 미세구조를 갖는 엔들레스 벨트 형상의 전사 금형을 갖는 미세구조 전사 필름의 제조 장치를 사용하여 적어도 한쪽의 면에 피전사층을 갖는 필름의 가공을 표면에 미세 요철 구조가 형성된 엔들레스 벨트 형상의 금형이 가열된 가열롤에 감기면서 가열되는 금형 가열 공정, 필름의 전사측 표면과 상기 금형의 미세구조 표면을 밀착시킨 상태로 상기 가열롤을 포함하는 한 쌍의 롤에 의해 닙 가압되는 가압 전사 공정, 가압 후의 상기 금형과 상기 필름을 밀착시킨 채 냉각존까지 반송하는 반송 공정, 상기 냉각존에서 금형과 필름을 밀착시킨 채 금형측으로부터 냉각하는 냉각 공정, 냉각 후의 금형과 필름을 박리하는 박리 공정의 5개의 공정을 이하의 (1) 또는 (2)를 만족하는 조건 하에서 이 순서대로 통과함으로써 행하는 것이다. 여기서 (1)이란 상기 필름의 폭이 상기 금형의 폭보다 넓고, 또한 상기 가압 전사 공정에 있어서 상기 필름의 폭방향 양단부가 상기 가열롤에 대하여 이간되어 있는 것이다. (2)란 상기 금형의 폭이 상기 필름의 폭보다 넓고, 또한 상기 가압 전사 공정에 있어서 상기 필름이 가압되는 영역의 폭이 상기 필름의 폭보다 좁은 것이다.

본 발명의 실시형태의 일례를 도 1~4를 이용하여 설명한다.

우선 제조 방법의 준비 단계로서 성형용 필름(2)을 권출롤(8)로부터 인출하고, 닙롤(6)을 개방한 상태에서 가열롤(4)과 냉각롤(5)에 서스펜딩된 금형(3) 상을 따라 박리롤(7)을 경유하여 권취롤(9)로 권취되어 있는 상태로 한다.

이어서 구동수단에 의해 성형용 필름(2)을 저속으로 반송하면서 가열롤(4)의 가열수단 및 냉각롤(5)의 냉각수단을 작동하여 가열롤(4) 및 냉각롤(5)의 표면 온도가 소정의 온도가 될 때까지 온도 조절한다. 반송하면서 온도 조절하는 이유는 반송하고 있지 않으면 성형용 필름(2)의 가열롤(4) 상에 위치되는 부분이 축열되고, 그래서 필름이 녹아서 찢어져버리기 때문이다. 가열롤(4)의 표면 온도, 냉각롤(5)의 표면 온도의 조건은 성형용 필름(2)의 재질, 금형(3)의 미세구조의 형상, 애스펙트비 등에 의존하고, 가열롤(4)의 표면 온도는 필름(2)의 Tg+50℃로부터 Tg+100℃, 냉각롤(5)의 표면 온도는 필름(2)의 Tg-40℃로부터 Tg-100℃의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 여기서 Tg란 필름 유리 전이 온도를 나타낸다. 또한 온도 조절 중의 반송 속도는 0.1~5m/분으로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1~1m/분으로 하는 것이 바람직하다.

가열롤(4) 및 냉각롤(5)의 표면 온도(또한 금형 표면 온도는 동온도. 이하 동일)가 설정값까지 온도 조절되면 필름을 성형 속도로 반송함과 동시에 닙롤(6)을 닫고, 가열롤(4)과 닙롤(6)로 성형용 필름(2) 및 금형(3)을 가압하여 금형(3)의 미세구조면(3a)의 형상을 성형용 필름(2)의 성형면(2a)에 전사한다. 이 때의 조건으로서 필름의 성형 속도는 1~30m/분, 선압은 400kN/m 이상의 범위로 설정된다.

필름의 연속 전사는 금형의 주회동작에 맞춰 각 공정을 나열하면 금형 가열 공정, 가압 전사 공정, 반송 공정, 냉각 공정, 박리 공정으로 구성된다. 금형(3)은 가열롤(4)과 접촉하는 부분에 있어서 항상 고온의 가열롤(4)로부터의 열 전도에 의해 가열되고, 가열롤(4)과 닙롤(6)에 의해 샌드위칭될 때까지 금형(3)의 온도는 가열롤(4)의 표면 온도까지 승온된다(금형 가열 공정). 성형용 필름(2)은 가열롤(4)과 닙롤(6)에 의한 샌드위칭부에 있어서 가열된 금형(3)에 프레싱하여 밀착시키고, 연화된 필름을 구성하는 수지가 금형(3)의 미세구조면(3a)의 패턴 내에 충전된다 (가압 전사 공정). 금형(3)에 프레싱된 필름은 금형(3)과 밀착된 채 냉각존까지 반송된다(반송 공정). 여기서 냉각존이란 금형(3)과 냉각롤(5)이 접촉하고 있는 범위를 나타낸다. 필름은 상기 냉각존에 있어서 냉각롤(5)과의 열 전도에 의해 금형(3)째 필름을 구성하는 수지의 유리 전이점 이하까지 냉각된다(냉각 공정). 냉각 후의 필름은 박리롤(7)에 의해 냉각롤(5)로부터 연속적으로 박리되도록 이형된다(박리 공정). 박리 후의 필름은 권취롤(9)에 권취된다.

그리고, 이 중 가압 전사 공정에 있어서 도 2에 나타낸 바와 같이 성형용 필름(2)의 폭을 금형(3)의 폭보다 넓게 하고, 또한 필름(2)의 폭방향 양단부를 가열롤(4)에 대하여 이간시킨다. 또는 도 3에 나타낸 바와 같이 금형(3)의 폭을 필름(2)의 폭보다 넓게 하고, 또한 닙롤(6)의 가압부의 폭을 필름(2)의 폭보다 좁게 한다. 이것에 의해 필름(2)이 고온의 가열롤(4)과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 필름(2)의 단부가 고온에서 녹아 가열롤(4)의 표면에 점착되어 가열롤(4)의 회전방향으로 인장됨으로써 필름(2)의 장력 상태가 흐트러져 사행되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 가압 전사 공정에 있어서 필름(2)과 가열롤(4)이 직접 접촉하는 일이 없도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 방법으로 미세구조 전사 필름을 제조하고 있는 내내 도 4에 나타낸 금형의 장력 제어 및 사행 방지기구에 의해 금형(3)의 장력 및 폭방향 위치를 항상 소정의 범위 내로 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 금형(3)의 장력 변동 및 사행을 방지함으로써 가압 전사 공정 후의 반송 공정에 있어서 필름(2)이 밀착된 금형(3)의 사행에 인장되어 일체로 사행되는 것을 방지할 수 있다.

그리고 또한 상기와 더불어 가압 전사 공정에 있어서 가압 영역의 폭방향 양단부에서 폭방향 외측을 향해 서서히 압력을 저하시키도록 해도 좋다. 성형용 필름(2)의 단부에 있어서의 굴곡이나 가압 영역과 비가압 영역의 경계부에 생기는 가압 흔적이 완화되어 성형 후의 필름의 평면성 악화나 권취 시의 와인딩 상태의 흐트러짐을 억제할 수 있다.

본 발명에 적용되는 성형용 필름(2)은 열가소성 수지를 주된 성분으로 한 열가소성 필름이 사용되고, 구체적으로 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리부텐, 폴리메틸펜텐 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리에스테르 아미드계 수지, 폴리에테르에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 또는 폴리염화 비닐계 수지로 이루어지는 것이다. 이 중에서 공중합하는 모노머종이 다양하고, 또한 그것에 의해 재료 물성의 조정이 용이함 등의 이유로 특히 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 아크릴계 수지 또는 이들의 혼합 물로부터 선택되는 열가소성 수지로 주로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 상술의 열가소성 수지가 50중량% 이상으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

성형용 필름(2)은 상술의 수지의 단체로 이루어지는 필름이어도 상관없고, 복수의 수지층으로 이루어지는 적층체이어도 좋다. 이 경우 단체 필름과 비교하여 이활성이나 내마찰성 등의 표면 특성이나 기계적 강도, 내열성을 부여할 수 있다. 이와 같이 복수의 수지층으로 이루어지는 적층체로 한 경우는 필름 전체가 상술의 열가소성 수지를 주된 성분으로 하는 요건을 만족하는 것이 바람직하지만 필름 전체로서는 상기 요건을 만족하고 있지 않아도 적어도 상기 요건을 만족하는 층이 표층에 형성되어 있으면 용이하게 표면을 형성할 수 있다. 특히 필름의 성형성을 좋게 하기 위해 금형 온도를 고온으로 하고 싶은 경우는 표층에 유리 전이점이 낮아 미세구조를 전사하기 쉬운 수지, 심층에 유리 전이점이 높아 강도가 강한 수지라는 구성의 필름을 사용함으로써 필름의 평면성을 유지하면서 필름의 성형성을 높일 수 있다.

이상의 미세구조 전사 필름의 제조 방법을 이용하면 표면에 미세구조를 형성한 엔들레스 벨트로 이루어지는 금형을 프레싱하여 필름의 표면에 미세구조를 연속적으로 전사할 때에 필름을 사행시키는 일 없이 안정적으로 반송할 수 있고, 높은 생산성으로 고정밀도의 전사 필름을 제조할 수 있다.

(실시예)

(실시예 1)

성형용 필름(2)에는 폴리카보네이트 수지를 심층으로 하여 그 양면에 성형층으로서 PMMA 수지를 적층한 3층 적층 필름을 공압출함으로써 작성하여 사용했다. 상기 필름의 총 두께는 200㎛, 각 층의 적층비는 약 1:8:1이고, 폭은 220mm로 했다.

금형(3)은 두께 0.2mm의 스텐레스강 벨트의 표면에 두께 0.1mm의 니켈 도금을 한 것에 피치 40㎛, 깊이 20㎛의 V홈 형상을 상기 벨트의 둘레방향과 평행하게 절삭 가공해서 작성했다. 또한 상기 벨트의 폭은 200mm, 둘레 길이는 1200mm로 했다.

가열롤(4)은 탄소강으로 이루어지는 통 형상의 심재의 표면에 경질 크롬 도금을 한 것을 사용했다. 가열롤(4)은 롤부의 폭방향 양단에 단차(4a)를 갖는 형상으로 하고, 금형(3)을 서스펜딩한 중앙부는 폭 204mm, 외경 180mm이고, 양단의 단차(4a)의 표면과 필름 폭방향 단부의 이간 거리(H)는 10mm, 상기 단차(4a)로부터 금형(3)의 단부까지의 길이(u)는 2mm이고, 중앙부와 양단의 단차(4a)부를 합친 전체의 폭은 220mm이다. 또한 중앙부는 전체폭에 걸쳐 테이프 등의 외경 변화가 없는 원통 형상으로 했다. 가열수단에는 적외선 램프 히터를 사용하여 가열롤(4)의 표면 온도를 180℃까지 가열했다.

냉각롤(5)은 가열롤(4)과 마찬가지로 탄소강을 심재로 하여 표면에 경질 크롬 도금을 한 것을 사용했다. 냉각롤(5)은 내부를 순환하는 유수에 의해 항상 표면 온도 20℃로 유지했다.

닙롤(6)은 폭 220mm, 외경 160mm의 탄소강으로 이루어지는 통 형상의 심재 표면 전체면에 탄성층(10)으로서 폴리에스테르 수지(경도: 쇼어 D86°)를 20mm의 두께로 피막한 것을 사용했다.

프레싱 수단(12)에는 공기압 실린더를 사용하여 닙롤(6)에 대하여 프레싱력 120kN을 부하했다. 이 때 닙롤(6)과 성형용 필름(2)의 접촉폭(B)을 압력 측정 필름(프리스케일, 후지필름 가부시키가이샤 제작)을 사용하여 확인한 결과 6mm이었다. 이것으로부터 성형용 필름(2)에 부하되는 겉보기 닙압(σ)=100MPa이다.

필름의 성형 속도는 5m/분, 10m/분, 15m/분의 3가지 조건으로 했다.

본 실시예에서는 가압 성형부에 있어서의 필름(2)과 가열롤(4)의 점착없이 반송 속도 15m/분까지 안정하게 연속적으로 미세구조 전사 필름을 성형할 수 있었다.

(실시예 2)

본 실시예는 실시예 1의 구성과 더불어 가열롤(4)의 금형(3)을 서스펜딩하는 중앙부의 폭방향 길이 204mm 중 양단 12mm의 범위에 있어서 롤 지름을 원래의 외경 180mm보다 폭방향 외측을 향해 최대 0.1mm까지 서서히 작게 했다. 단차(4a)의 표면과 필름 폭방향 단부의 이간 거리(H), 단차(4a)로부터 금형(3)의 단부까지의 길이(u)는 실시예 1과 동일하고, 또한 가열롤(4) 이외의 구성에 대해서도 실시예 1과 동일하다.

프레싱 수단(12)에는 공기압 실린더를 사용하여 닙롤(6)에 대하여 프레싱력 120kN을 부하했다. 이 때 닙롤(6)과 성형용 필름(2)의 접촉폭(B)을 압력 측정 필름(프리스케일, 후지필름 가부시키가이샤 제작)을 사용하여 측정한 결과 닙부의 중앙부에서는 6mm이었지만 양단부에서 서서히 감소하여 맨 끝에서의 폭이 5.5mm가 되고, 이로부터 필름 폭방향 양단부에 있어서 닙압이 서서히 작아지고 있는 것을 확인했다.

필름의 성형 속도는 5m/분, 10m/분, 15m/분의 3가지 조건으로 했다. 본 실시예에서는 반송 속도 15m/분까지 사행없이 연속적으로 미세구조 전사 필름을 성형할 수 있었던 것과 더불어 성형 후의 필름 단부에 있어서의 굴곡이 완화되어 평면성이 우수한 필름을 안정하게 성형할 수 있었다.

(실시예 3)

성형용 필름(2)에는 폴리카보네이트 수지를 심층으로 하여 그 양면에 성형층으로서 PMMA 수지를 적층한 3층 적층 필름을 공압출함으로써 작성하여 사용했다. 상기 필름의 총 두께는 200㎛, 각 층의 적층비는 약 1:8:1이고, 폭은 180mm로 했다.

금형(3)은 두께 0.2mm의 스텐레스강 벨트의 표면에 두께 0.1mm의 니켈 도금을 한 것에 피치 40㎛, 깊이 20㎛의 V홈 형상을 상기 벨트의 둘레방향과 평행하게 절삭 가공하여 작성했다. 또한 상기 벨트의 폭은 200mm, 둘레 길이는 1200mm로 했다.

가열롤(4)은 탄소강으로 이루어지는 통 형상의 심재의 표면에 경질 크롬 도금을 한 것을 사용했다. 가열롤(4)은 롤부의 전체폭에서 단차나 테이프 등의 형상 변화가 없는 원통형으로 하고, 외경은 180mm, 폭은 220mm로 했다. 또한 가열수단에는 적외선 램프 히터를 사용하여 가열롤(4)의 표면 온도를 180℃까지 가열했다.

닙롤(6)은 폭 160mm, 외경 160mm의 탄소강으로 이루어지는 통 형상의 심재 표면 전체면에 탄성층(10)으로서 폴리에스테르 수지(경도: 쇼어 D86°)를 20mm의 두께로 피막한 것을 사용했다.

프레싱 수단(12)에는 공기압 실린더를 사용하여 닙롤(6)에 대하여 프레싱력 96kN을 부하했다. 이 때 닙롤(6)과 성형용 필름(2)의 접촉폭(B)을 압력 측정 필름(프리스케일, 후지필름 가부시키가이샤 제작)을 사용하여 확인한 결과 6mm이었다. 이것으로부터 성형용 필름(2)에 부하되는 겉보기 닙압(σ)=100MPa이다.

필름의 성형 속도는 5m/분, 10m/분, 15m/분의 3가지 조건으로 했다. 본 실시예도 실시예 1과 마찬가지로 가압 성형부에 있어서의 필름(2)과 가열롤(4)의 점착없이 반송 속도 15m/분까지 안정하게 연속적으로 미세구조 전사 필름을 성형할 수 있었다.

(실시예 4)

본 실시예는 실시예 3의 구성과 더불어 가열롤(4)의 금형(3)을 서스펜딩하는 중앙부의 폭방향 길이 220mm 중 양단 30mm의 범위에 있어서 롤 지름을 원래의 외경 180mm보다 폭방향 외측을 향해 최대 0.2mm까지 서서히 작게 했다. 가열롤(4) 이외의 구성에 대해서는 실시예 3과 동일하다.

프레싱 수단(12)에는 공기압 실린더를 사용하여 닙롤(6)에 대하여 프레싱력 96kN을 부하했다. 이 때 닙롤(6)과 성형용 필름(2)의 접촉폭(B)을 압력 측정 필름(프리스케일, 후지필름 가부시키가이샤 제작)을 사용하여 측정한 결과 닙부의 중앙부에서는 6mm이었지만 양단부에서 서서히 감소하여 맨 끝에서의 폭이 5.6mm가 되고, 이것으로부터 필름 폭방향 양단부에 있어서 닙압이 서서히 작아지고 있는 것을 확인했다.

본 실시예에서는 반송 속도 15m/분까지 사행없이 연속적으로 미세구조 전사 필름을 성형할 수 있었던 것과 더불어 성형 후의 필름 단부에 있어서의 가압/비가압 영역의 경계부에 생기는 가압 흔적이 완화되어 평면성이 우수한 필름을 안정되게 성형할 수 있었다.

(실시예 5)

본 실시예는 실시예 1의 구성과 더불어 도 4에 나타낸 바와 같은 금형(3)의 장력 제어 및 사행 방지기구를 이용하여 금형(3)의 장력과 폭방향 위치의 제어를 행했다. 금형(3)에 가하는 장력은 6kN/m으로 하고, 장치 운전 중은 항상 이 값을 유지하도록 가대(15)의 위치를 제어했다. 또한 금형(3)의 폭방향 위치를 사행 검출 센서(24)로 감시하여 금형(3)의 폭방향 위치가 항상 중앙이 되도록 냉각롤(5)의 각도를 0.005°단위로 제어했다.

그 외의 구성 및 성형 조건에 대해서는 실시예 1과 동일하다.

본 실시예는 실시예 1과 마찬가지로 가압 성형부에 있어서의 필름(2)과 가열롤(4)의 점착없이 반송 속도 15m/분까지 안정하게 미세구조 전사 필름을 연속 성형할 수 있었던 것과 더불어 성형 후의 필름(2)을 금형(3)으로부터 이형한 후의 반송 상태도 안정되어 있어 와인딩 엇갈림이 적은 성형 필름의 롤을 얻을 수 있었다.

(실시예 6)

본 실시예는 실시예 5의 구성과 더불어 가열롤(4)의 폭방향 길이 204mm 중 양단 12mm의 범위에 있어서 롤 지름을 원래의 외경 180mm보다 폭방향 외측을 향해 최대 0.1mm까지 서서히 작게 했다.

또한 프레싱 수단(12)에는 공기압 실린더를 사용하여 닙롤(6)에 대하여 프레싱력 120kN을 부하했을 때의 닙롤(6)과 성형용 필름(2)의 접촉폭(B)을 압력 측정 필름(프리스케일, 후지필름 가부시키가이샤 제작)을 사용하여 측정한 결과 닙부의 중앙부에서는 6mm이었지만 양단부에서 서서히 감소하여 맨 끝에서의 폭이 5.5mm가 되고, 이것으로부터 필름 폭방향 양단부에 있어서 닙압이 서서히 작아지고 있는 것을 확인했다.

그 외의 구성 및 성형 조건에 대해서는 실시예 5와 동일하다.

본 실시예에서는 가압 성형부에 있어서의 필름(2)과 가열롤(4)의 점착없이 이형 후의 필름(2)의 반송 상태도 안정되어 있고, 또한 성형 후의 평면성이 우수하여 와인딩 상태에 흐트러짐이 없는 미세구조 전사 필름의 연속 성형을 행할 수 있었다.

(실시예 7)

본 실시예는 실시예 3의 구성과 더불어 도 4에 나타낸 바와 같은 금형(3)의 장력 제어 및 사행 방지기구를 이용하여 금형(3)의 장력과 폭방향 위치의 제어를 행했다. 금형(3)에 가하는 장력은 6kN/m으로 하고, 장치 운전 중은 항상 이 값을 유지하도록 가대(15)의 위치를 제어했다. 또한 금형(3)의 폭방향 위치를 사행 검출 센서(24)로 감시하여 금형(3)의 폭방향 위치가 항상 중앙이 되도록 냉각롤(5)의 각도를 0.005°단위로 제어했다.

그 외의 구성 및 성형 조건에 대해서는 실시예 3과 동일하다.

본 실시예는 실시예 3과 마찬가지로 가압 성형부에 있어서의 필름(2)과 가열롤(4)의 점착없이 반송 속도 15m/분까지 안정되게 미세구조 전사 필름을 연속 성형할 수 있었던 것과 더불어 성형 후의 필름(2)을 금형(3)으로부터 이형한 후의 반송 상태도 안정되어 있어 와인딩 엇갈림이 작은 성형 필름의 롤을 얻을 수 있었다.

(실시예 8)

본 실시예는 실시예 7의 구성과 더불어 가열롤(4)의 폭방향 길이 220mm 중 양단 30mm의 범위에 있어서 롤 지름을 원래의 외경 180mm보다 폭방향 외측을 향해 최대 0.2mm까지 서서히 작게 했다.

또한 프레싱 수단(12)에는 공기압 실린더를 사용하여 닙롤(6)에 대하여 프레싱력 96kN을 부하했을 때의 닙롤(6)과 성형용 필름(2)의 접촉폭(B)을 압력 측정 필름(프리스케일, 후지필름 가부시키가이샤 제작)을 이용하여 측정한 결과 닙부의 중앙부에서는 6mm이었지만 양단부에서 서서히 감소하여 맨 끝에서의 폭이 5.6mm가 되고, 이것으로부터 필름 폭방향 양단부에 있어서 닙압이 서서히 작아지고 있는 것을 확인했다.

그 외의 구성 및 성형 조건에 대해서는 실시예 7과 동일하다.

(비교예 1)

성형용 필름(2)에는 폴리카보네이트 수지를 심층으로 하여 그 양면에 성형층으로서 PMMA 수지를 적층한 3층 적층 필름을 공압출에 의해 작성하여 사용했다. 상기 필름의 총 두께는 200㎛, 각 층의 적층비는 약 1:8:1이고, 폭은 220mm으로 했다.

가열롤(4)은 탄소강으로 이루어지는 통 형상의 심재의 표면에 경질 크롬 도금을 한 것을 사용했다. 가열롤(4)은 롤부의 전체폭에서 단차나 테이프 등의 형상변화가 없는 원통 형상으로 하고, 외경은 180mm, 폭은 220mm로 했다. 또한 가열수단에는 적외선 램프 히터를 사용하여 가열롤(4)의 표면 온도를 180℃까지 가열했다.

닙롤(6)은 폭 220mm, 외경 160mm의 탄소강으로 이루어지는 통 형상의 심재 표면 전체면에 탄성층(10)으로서 폴리에스테르 수지(경도: 쇼어 D86°)를 20mm의 두께로 피막한 것을 사용했다. 이로부터 성형용 필름(2)은 전체폭에 걸쳐 닙되고, 필름의 폭방향 양단부는 가열롤(4)에 직접 접촉되었다.

프레싱 수단(12)에는 공기압 실린더를 사용하고, 닙롤(6)에 부하되는 프레싱력은 120kN으로 하여 성형용 필름에 부하되는 겉보기 닙압(σ)=100MPa로 했다.

필름의 성형 속도는 5m/분, 10m/분, 15m/분의 3가지 조건으로 했다. 비교예 1의 미세구조 전사 필름은 반송 속도 5m/분으로 약간 사행이 발생하여 안정하게 연속 성형할 수 없었다. 또한 반송 속도 10m/분 이상이 되면 가압 직후부터 필름이 급격하게 사행되어 연속적으로 성형할 수 없었다.

1: 미세구조 전사 필름의 제조 장치 2: 성형용 필름
2a: 성형용 필름의 성형면 3: 금형
3a: 금형의 미세구조면 4: 가열롤
4a: 가열롤의 단차부 5: 냉각롤
6: 닙롤 7: 박리롤
8: 권출롤 9: 권취롤
10: 탄성층 11, 13, 14, 26, 27: 베어링
12: 프레싱 수단 15: 가대
16: 슬라이드 레일 17, 21: 서보모터
18, 22: 피드 나사 19, 23: 가동수단
20: 하중 검출기 24: 사행 검출 센서
24a: 사행 검출 센서의 송신측 24b: 사행 검출 센서의 수신측
25: 유체압 실린더 28: 필름 패스
W: 성형용 필름이 금형과 닙롤에 의해 가압되는 영역의 폭방향 길이
H: 가열롤의 금형을 서스펜딩하는 부분의 표면으로부터 양단 단차부의 표면까지의 높이(이간 거리)
v: 성형용 필름의 가압되는 영역의 단부로부터 성형용 필름의 폭방향 단부까지의 길이
u: 가열롤에 서스펜딩되는 금형의 단부로부터 가열롤 양단의 단차부까지의 걸이
P: 프레싱 수단에 의해 닙롤에 가해지는 힘
B: 닙롤 표면 탄성층의 변형에 따른 성형용 필름과의 접촉폭
δ: 닙롤 표면의 탄성층의 두께방향 변형량
σ: 가압부에 있어서 성형용 필름에 가해지는 압력

Claims

가열롤과 냉각롤에 서스펜딩된 표면에 미세구조를 갖는 엔들레스 벨트 형상의 전사 금형을 갖는 미세구조 전사 필름의 제조 장치를 사용하여 적어도 한쪽의 면에 피전사층을 갖는 필름을 적어도 이하의 [I]~[V]의 공정을 이하의 [A1] 또는 [A2]를 만족하는 조건 하에서 이 순서대로 통과시킴으로써 가공하는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.
[I] 표면에 미세구조가 형성된 엔들레스 벨트 형상의 금형을 가열된 가열롤에 감싸면서 가열하는 금형 가열 공정
[II] 필름의 전사측 표면과 상기 금형의 미세구조 표면을 밀착시킨 상태에서 상기 가열롤을 포함하는 한 쌍의 롤에 의해 닙 가압하는 가압 전사 공정
[III] 가압 후의 상기 금형과 상기 필름을 밀착시킨 채 냉각존까지 반송하는 반송 공정
[IV] 상기 냉각존에서 금형과 필름을 밀착시킨 채 금형측으로부터 냉각하는 냉각 공정
[V] 냉각 후의 금형과 필름을 박리하는 박리 공정
[A1] 상기 필름의 폭이 상기 금형의 폭보다 넓고, 또한 상기 가압 전사 공정에 있어서 상기 필름의 폭방향 양단부가 상기 가열롤에 대하여 이간되어 있다.
[A2] 상기 금형의 폭이 상기 필름의 폭보다 넓고, 또한 상기 가압 전사 공정에 있어서 상기 필름이 가압되는 영역의 폭이 상기 필름의 폭보다 좁다.
제 1 항에 있어서,
이하의 [B] [C]의 제어 하에서 가공을 더 행하는 것을 특징으로 하는 미세구조전사 필름의 제조 방법.
[B] 상기 냉각롤에 상기 금형의 반송방향의 위치를 조정하는 수단과 상기 금형에 가해지는 장력을 검출하는 수단을 설치하고, 상기 금형에 가해지는 장력을 항상 소정의 범위 내가 되도록 상기 냉각롤의 위치를 제어한다.
[C] 상기 금형에 폭방향의 위치를 검출하는 사행 검출 센서와 상기 냉각롤의 각도를 조정하는 수단을 설치하고, 상기 금형의 폭방향의 위치가 항상 소정의 범위 내가 되도록 상기 냉각롤의 각도를 제어한다.
제 2 항에 있어서,
상기 박리 공정에 있어서 금형으로부터 필름을 박리하는 박리롤을 상기 냉각롤의 각도의 조정에 추종하여 상기 냉각롤과의 평행도를 유지하도록 동작시키는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 냉각롤의 각도를 조정하는 수단은 상기 냉각롤을 지지하는 한쪽 또는 양쪽의 베어링을 상기 금형의 반송방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각롤의 각도 조정의 분해능은 0.005도 이하인 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 전사 공정에 있어서 상기 금형의 폭방향 양단에서 폭방향 외측을 향해 서서히 압력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금형 가열 공정에 있어서 가열 후의 금형 표면 온도를 필름의 Tg+50℃로부터 Tg+100℃의 범위로,
상기 가압 전사 공정에 있어서 필름에 부하되는 선압을 400kN/m 이상으로,
상기 냉각 공정에 있어서 냉각 후의 금형 표면 온도를 필름의 Tg-40℃로부터 Tg-100℃의 범위로 조정하는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 방법.
가열롤과 냉각롤에 서스펜딩된 표면에 미세구조를 갖는 엔들레스 벨트 형상의 전사 금형을 갖는 미세구조 전사 필름의 제조 장치로서 적어도 이하의 [i]~[v]의 기본 구성을 갖고, 이하의 [a1] 또는 [a2]를 만족하는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.
[i] 표면에 미세구조가 형성된 엔들레스 별트 형상의 금형
[ii] 상기 금형을 가열하기 위한 가열롤과, 가열롤과 평행하기 배치되어 표면이 탄성체로 덮인 닙롤과, 상기 양 롤을 사용한 샌드위칭 수단을 적어도 구비한 가압기구
[iii] 상기 금형을 냉각하기 위한 냉각롤
[iv] 금형에 밀착된 필름을 박리하기 위한 박리기구
[v] 상기 가열롤 및 상기 냉각롤을 회전시켜 상기 금형을 반송하는 반송기구
[a1] 상기 가열롤과 상기 금형의 접촉부의 폭방향 양단부에 있어서 폭방향 외측에서 롤 지름이 작아지도록 상기 가열롤의 표면에 단차를 갖는다.
[a2] 상기 금형의 폭이 상기 닙롤의 가압부의 폭보다 넓다.
제 8 항에 있어서,
이하의 [b] [c]의 제어수단을 더 갖는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.
[b] 상기 금형을 서스펜딩하는 냉각롤이 상기 금형의 반송방향으로 슬라이드 가능한 가대에 설치되어 있고, 상기 가대와 상기 가대를 슬라이드시키는 가동수단이 하중 검출기를 통해 연결되어 있고, 상기 하중 검출기로부터 얻어지는 상기 금형에 가해지는 장력이 항상 소정의 범위 내가 되도록 상기 가동수단에 의한 상기 가대의 슬라이드량을 조정하는 제어수단.
[c] 상기 금형의 폭방향 위치를 검출하는 사행 검출 센서와 상기 가대에 설치된 상기 냉각롤의 각도를 조정하는 롤 틸팅수단이 설치되어 있고, 상기 사행 검출 센서로부터 얻어지는 상기 금형의 폭방향 위치가 항상 소정의 범위 내가 되도록 상기 냉각롤의 틸팅량을 조정하는 제어수단.
제 9 항에 있어서,
상기 냉각롤과 근접하게 배치되는 상기 박리롤의 롤 틸팅수단은 상기 냉각롤과 동일한 롤 틸팅수단인 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 닙롤의 표면의 탄성체의 고무 경도는 ASTM D2240:2005 규격으로 70~97°인 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열롤의 폭방향 양단부에 있어서 롤 지름은 폭방향 외측을 향해 서서히 작아지는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금형의 폭방향 양단부에 있어서 금형의 두께는 폭방향 외측을 향해 서서히 작아지는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 닙롤의 폭방향 양단부에 있어서 롤 지름은 폭방향 외측을 향해 서서히 작아지는 것을 특징으로 하는 미세구조 전사 필름의 제조 장치.