(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ５μｍ〜３ｍｍの金属シートの表面を凹凸加工してコイル状またはフープ状に形成した金型シートの少なくとも圧延出側において、この金型シートに圧延張力を付与する張力付与手段を設けるとともに、この金型シートに被転写シートを重ね合わせ圧延機により連続圧延することによって、前記金型シート表面に形成された凹凸パターンを被転写シートに連続的に転写する構成をなしたことを特徴とするシート転写装置。
【請求項２】
前記金型シートの少なくとも圧延出側もしくは圧延入側において、この金型シートを洗浄する洗浄手段を設ける構成をなしたことを特徴とする請求項１に記載のシート転写装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムのようなミクロンオーダーの凹凸パターンを、連続的に均一にシート表面に転写するための圧延を容易に行うシート転写装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属表面に微細な凹凸パターンを形成することによって、撥水性、潤滑性あるいは意匠性等の表面機能が向上することが知られている。近年、これらの凹凸パターンをミクロンオーダーにして機能を向上させたホログラムシート等の製造も行われており、市販品として容易に入手可能である。
【０００３】
通常、微細な凹凸パターンをシートに転写する場合は、転写ロール表面に直接凹凸形状を加工するか、凹凸形状を形成した金型を転写ロール表面に取り付けて、このような転写ロールに連続的に被転写シートを供給して圧延加工することにより、前記金型の凹凸パターンと逆の凹凸パターンを形成された被転写シートを得る転写加工がなされている。
【０００４】
前者のように転写ロール表面に直接凹凸パターンを加工する従来例としては、鋼製のロール表面に、このロールを陽極として電解液中で電解処理した粗面を有し、その上にクロムめっき層を有するアルミニウム板エンボス加工用ロールがある（特許文献１参照）。
【０００５】
また、後者のように凹凸形状を形成した金型を転写ロール表面に取り付けて被転写シートに転写加工する場合、凹凸形状を有する前記金型の従来の形成方法として、図４にその形成工程を断面図で示したホログラムレリーフパターンを有するアルミニウム箔およびその製造方法がある（特許文献２参照）。
【０００６】
この従来例に係るレリーフパターンの形成方法によれば、Ｎｉやステンレス鋼のような金属箔１１にホトレジスト層１２を形成し、次いで図４（ロ）に示すように、ホログラムレリーフパターンを焼き付けて現像し、強露光のレジスト層１２を除去する。更に、（ハ）に示すように、エッチング法によって、レジスト層１２のない部分にエッチピット１３を形成し、（ニ）に示すように、レジスト層１２を取り除くと、ホログラムレリーフパターンに対応した凹凸が金属箔１１の表面に形成される。
【０００７】
そして、得られたこの金属箔１１を圧延ロールに巻き付けてセットし、圧延機によって、前記金属箔１１の凹凸パターンをアルミニウム箔に転写加工し、ホログラムレリーフパターンを形成するのである。
【特許文献１】特開２００５−１４６２９９号公報
【特許文献１】特許第２９６９００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、転写ロール表面に直接凹凸形状を加工したり、凹凸形状を形成した金型をワークロール表面に取り付けて圧延加工する前述したような従来の転写方法によれば、
前記ワークロールに対して、バックアップロールにより前記ワークロール背面から圧延面圧をバックアップすると、バックアップロールの面圧により前記凹凸パターンが潰れてしまうという本質的な問題点を有していた。
【０００９】
また、前記バックアップロールのない、ワークロールのみの２段圧延機で凹凸パターンを転写する従来の転写装置によれば、圧延面圧制御に限界があり、特に、幅方向に均一で品質の安定した凹凸パターンが得難いという問題点があった。更に、微細なミクロンオーダーの凹凸形状を転写加工する場合は、圧延時に発生する摩耗粉によるワークロール面の凹凸パターンの目詰まりにより、加工時間の経過とともに転写パターンが不明瞭になってくるという問題も有していた。
【００１０】
従って、本発明の目的は、金型に形成されたミクロンオーダーの微細凹凸パターンを、被転写シートに連続して安定的に転写し、均一で高品質な転写シートが得られるシート転写装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るシート転写装置が採用した手段は、厚さ５μｍ〜３ｍｍの金属シートの表面を凹凸加工してコイル状またはフープ状に形成した金型シートの少なくとも圧延出側において、この金型シートに圧延張力を付与する張力付与手段を設けるとともに、この金型シートに被転写シートを重ね合わせ圧延機により連続圧延することによって、前記金型シート表面に形成された凹凸パターンを被転写シートに連続的に転写する構成をなしたことを特徴とするものである。
【００１２】
【００１３】
本発明の請求項２に係るシート転写装置が採用した手段は、請求項１に記載のシート転写装置において、前記金型シートの少なくとも圧延出側もしくは圧延入側において、この金型シートを洗浄する洗浄手段を設ける構成をなしたことを特徴とするものである。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係るシート転写装置によれば、厚さ５μｍ〜３ｍｍの金属シートの表面を凹凸加工してコイル状またはフープ状に形成した金型シートの少なくとも圧延出側において、この金型シートに圧延張力を付与する張力付与手段を設けるとともに、この金型シートに被転写シートを重ね合わせ圧延機により連続圧延することによって、前記金型シート表面に形成された凹凸パターンを被転写シートに連続的に転写する構成をなしている。
【００１８】
その結果、バックアップロールによりワークロール背面からバックアップしても、バックアップロールが前記金型シートに接触することはない。従って、バックアップロールを使用できない、あるいは、バックアップロール面圧により金型の凹凸パターンが潰れてしまうという従来の本質的な問題点が解消される。
【００１９】
また、前記金型シートの少なくとも圧延出側において、この金型シートに圧延張力を付与する張力付与手段を設けるとともに、前記金型シート表面に形成された凹凸パターンを被転写シートに連続的に転写する構成としたので、金型シートに発生するしわに起因する金型自身の破損や転写パターン斑の発生を防止できる。
【００２０】
また、本発明の請求項２に係るシート転写装置によれば、前記金型シートの少なくとも圧延出側もしくは圧延入側において、この金型シートを洗浄する洗浄手段を設ける構成をなしたので、金型シート表面に付着した磨耗粉やコーティングが凹凸パターンを目詰まりさせることなく、高品質の転写シートが得られるシート転写装置を提供できる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
先ず、本発明の実施の形態１に係るシート転写装置について、模式的断面で示した構成図である図１を用いて以下に説明する。
本実施の形態１においては、無端のフープ状形態を有する金型シート１を、通常の４段圧延機８に本発明を適用してシート転写装置１０をなした実施例を示すものである。
【００２５】
そして、この４段圧延機８によって、矢印方向にエンドレスに走行する前記フープ状の金型シート１と、被転写シートデコイラー６ａから繰り出されて矢印方向に走行し、被転写シートコイラー６ｂに巻き取られる被転写シート２とを重ね合わせて、１対のワークロール３でニップし、前記ワークロール３の背面から１対のバックアップロール４によって転写圧をバックアップされながら、前記金型シート１の凹凸パターンを被転写シート２へ転写させるのである。
【００２６】
前記フープ状金型シート１は、金型としての強度を要するとともに、図１に示すようなフープ状に屈曲されたり、後述する図２に示すようなコイル状に巻き取られるため、５μｍ〜３ｍｍ程度の範囲の厚さが必要である。一般的に、前記金型シート１の厚さが５μｍ未満であると、強度不足により凹凸パターンが損傷したりシートが破断したりし易く、厚さが３ｍｍを越えると金型シート１が弾性変形しにくく、屈曲を繰り返すことにより疲労破断し易い傾向にあるからである。
【００２７】
また、このような金型シート１に用いられる金属は、耐久性の点から当然被転写シートよりも硬度の高い金属材料が求められる。即ち、硬度Ｈｖ１００以上のアルミニウム合金、ＳＵＳ３０４あるいはＮｉのような強度と耐アルカリ性に優れるとともに、フープ状あるいはコイル状に屈曲された形態に耐え得るため弾性変形し易い金属材料が好ましい。
【００２８】
一方、被転写シート２の材質は、前記金型シート１の材質より硬度の低い金属や樹脂等であれば特に限定されないが、アルミニウム、アルミニウム合金、銅あるいは銅合金等が好ましい。更に、メッキ鋼板、ステンレス鋼あるいはチタン等も好ましいが、金型シート１の摩耗の点から、これ以上硬度の高い材質のものは好ましくない。
【００２９】
このような表面に凹凸パターンを加工された金型シート１は、金属シートを電鋳加工することにより任意の微細な凹凸パターンを得ることができる。前記電鋳加工とは、母型の表面に厚メッキを行い、これを母型から剥離して母型と全く反対の形状パターンを得る加工方法である。
【００３０】
電鋳の原理は、電気メッキと同じ電気化学反応を利用して、電気イオンを含んだ電解質溶液に電流を通じて目的の金属を被メッキ体上に析出させるものである。このような方法により、長尺の母型を用いて連続的に電気メッキを行い、これを母型から剥離して金型シートを作製することができる。
【００３１】
あるいはまた、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）の極細線で製織された市販の金網シートを、金型シート１として用いることもできる。
このような金型シート１は、その形態に関係なく、何れも硬度の高い金属材料が求められ、少なくともその表面硬度Ｈｖが１００以上の硬度であることが好ましい。
【００３２】
このようにして製作された金型シート１に被転写シート２を重ね合わせ、４段圧延機８により矢印方向に走行させて連続圧延することによって、前記金型シート１表面に形成された凹凸パターンを被転写シート２に連続的に転写するのである。
【００３３】
一方、前記金型シート１を用いて圧延機８により繰り返し連続転写していると、前記金型シート端部に局所的な塑性変形を生じてしわが発生する。そして、このしわを基点とした金型シート１の破断が頻繁に発生するようになる。また、金型シート１に発生したこのようなしわは、転写パターン斑の原因ともなってくる。
【００３４】
そこで、本発明に係るシート転写装置９においては、この金型シート１に圧延張力を付与するための張力付与手段５ａ，５ｂを、圧延機８の圧延入出（金型シート１のワークロール３前後）に設け、しわの発生を抑制するのが好ましい。また、前記張力付与手段は、必ずしも圧延機８の圧延入出に設ける必要はなく、少なくとも圧延出側（金型シート１のワークロール３後）の張力付与手段５ｂを設ければ良い。
【００３５】
前記張力付与手段としては、図１に示したような２組のブライダルロール５ａ，５ｂを、圧延機８の圧延入出（金型シート１のワークロール３前後）に設けて構成するのが好ましい。このブライダルロール５ａ，５ｂは、通常各々２本または４本のロールから構成されており、前記ロール表面は一般的に硬質ゴムライニングされている。
【００３６】
この２組のブライダルロール５ａ，５ｂに前記金型シート１を捲回して、前記ブライダルロール５ａと５ｂの各々の回転速度を制御することにより、前記ブライダルロール５ａと５ｂ間に張力を発生させるとともに、ブライダルロール５ａ，５ｂ後方では張力を低減させることができる。
【００３７】
このような圧延工程を経た金型シート１には、圧延時に発生した摩耗粉が付着したり、被転写シート２がアルミニウム、銅やそれらの合金の場合には、軟らかいため被転写シート２母材が付着して非常に薄いコーティングと呼ばれる層が形成される。前記摩耗粉やコーティングが発生すると、金型シート１表面に形成された凹凸パターンが目詰まりし、正確なパターンの転写が不可能となる。
【００３８】
そこで、本発明に係るシート転写装置８には、転写終了後の金型シート１を洗浄するための洗浄手段７を備えるのが好ましい。この洗浄手段７内部は、図示はしないが洗浄槽、リンス槽および乾燥部により構成されおり、低張力で導入された前記金型シート１を、先ず洗浄槽に通して洗浄液を用いて洗浄し、次いでリンス槽を通してリンス水により洗浄液を除去した後、乾燥部において加熱乾燥する。
【００３９】
前記洗浄槽で用いられる洗浄液には、水酸化ナトリウムや次亜塩素酸ナトリウム等のアルカリ溶液を用いることができる。このようなアルカリ溶液により、前記金型シート１に付着した摩耗粉やコーティングを溶解して除去するのである。
【００４０】
更に、本発明に係るシート転写装置１０は、図１に示したような１対のワークロール３と１対のバックアツプロール４とで構成される４段圧延以上、即ち、バックアップロールが１対以上の対数で構成されるものが好ましい。
【００４１】
本発明に係るシート転写装置１０は、金型としてワークロール３を使用することなくシート状の金型としたことにより、バックアップロール４を用いてワークロール３の面圧を高く保持し、かつ幅方向のロール面圧の均一化も図ることができる。更に、前記バックアップロール４は金型シート１に接触することがないため、前記金型シート１の凹凸パターンを潰してしまう恐れはない。従って、前述の如く、４段圧延以上の多段圧延機を適用するのが好ましい。
【００４２】
前記バックアップロール４を用いた場合、ワークロール３の面圧を高く保持し得る理由を詳述するなら、下記の通りである。即ち、このバックアップロール３のない２段圧延機においては、ワークロール３の面圧を上げて幅方向に均一な転写パターンを得ようとすれば、そのロール３面圧に対する反力に耐え得るようワークロール３直径をある程度大きくする必要がある。
【００４３】
ところが、前記ロール３直径を大きくすると、金型シート１と被転写シート２との間の接触面積が増加するため、必要ロール面圧を得るには圧延荷重を高くする必要があるが、ロール撓みを抑制するためには大きな面圧を付与することができない。
【００４４】
しかしながら、バックアップロール４が付帯されている多段圧延機においては、ワークロール３直径を小径化できる。小径ロールが使用できれば、同一の圧延荷重でも接触面積が小さくなるため、ロール面圧を高く取ることができる。その結果、幅方向に均一な転写パターンが得られるのである。
【００４５】
また更に、このような多段圧延機において、前記金型シート１と被転写シート２の幅方向に負荷されるロール面圧を一定に保持するロール面圧制御手段（図示せず）を用いて、前記金型シート１表面に形成された凹凸パターンを被転写シート２に連続的に転写するのが、幅方向に更に均一な転写パターンを得る上で好ましい。
【００４６】
前記ロール面圧制御手段には、前記ワークロール３やバックアップロール４の両軸端に油圧シリンダーを取り付け、この油圧シリンダーを伸縮させて前記ロール軸受を支点とした「てこの原理」により、圧延中の面圧によって撓んだ前記ワークロール３やバックアップロール４を逆方向に撓ませて、その面圧が幅方向に均一になるよう補正する形状制御アクチュエータがある。
【００４７】
また、前記ロール面圧制御手段の他の例としては、前記ワークロール３の背面に、ロール軸が軸方向に所定の範囲シフトできる機構を有するクラウン形状のバックアップロールを配置し、圧延中の面圧によって撓んだ前記ワークロール３を背面から支持し、前記バックアップロールのクラウン位置をロール幅方向の面圧の低い位置にシフトさせて、その面圧が幅方向に均一になるよう補正するロールシフト機構が適用できる。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態２に係るシート転写装置について、模式的断面で示した構成図である図２を用いて以下に説明する。
尚、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、金型シート１の形態が巻取可能なコイル状であって、かつ前記実施の形態１のブライダルロール５ａ，５ｂが付帯されていない所に相違があり、その他は同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、その相違する点について以下説明する。
【００４９】
即ち、本発明の実施の形態２に係るシート転写装置１０においては、コイル状の金型シート１は、金型シートデコイラー９ａから巻き出され、圧延装置８により被転写シート２に凹凸パターンが転写された後、洗浄手段７を経て金型シートコイラー９ｂに巻き取られる構成をなしている。
【００５０】
本発明の実施の形態２においては、前記金型シート１の張力付与手段は、少なくとも前記金型シートデコイラー９ａに設けられた回転制御機構からなる。また、この回転制御機構をシートコイラー９ｂにも設けて、両者により張力付与することもできる。
【００５１】
このように金型シート１の形態がコイル状場合には、金型シート１と被転写シート２とが同等の長さ必要となってくる。しかしながら、金型シート１を被転写シート２長さの１／１０程度の長さとし、前記金型シート１が被転写シート２への転写を終了した時点で前記両シート１，２の走行を停止し、金型シートコイラー９ｂに巻き取られたコイルを金型シートデコイラー９ａに移し替え、その走行経路に前記金型シート１の始端を装着し直して再度連続転写する。
【００５２】
このような操作を複数回繰り返すことによって、金型シート１より遥かに長尺の転写シート２を製造することが可能である。また、図２においては、金型シート１の洗浄手段７は、被転写シート２への転写を完了した後工程に設けた例で示したが、被転写シートへの転写を行う前工程に設けても良い。
【００５３】
以上、本発明に係るシート転写装置によれば、金型をコイル状またはフープ状の長尺シートに形成したので、バックアップロールによりワークロール背面からバックアップしても、その面圧により金型の凹凸パターンが潰れてしまうという従来の本質的な問題点が解消される。
【００５４】
また、本発明に係るシート転写装置は、金型シートへ張力を付与する張力付与手段を設けることによって、金型シートに発生するしわに起因する金型の破損や転写パターン斑の発生を防止できるシート転写装置を提供できる。更に、金型シートを洗浄する洗浄手段を設けることによって、付着した磨耗粉やコーティングを除去し、金型シートの凹凸パターンに目詰まりを起こさないシート転写装置とし得る。
【００５５】
更に、本発明に係るシート転写装置によれば、転写完了し金型シートコイラーに巻き上げられた金型シートを金型シートデコイラーに移し替え、再度連続転写することを繰り返すことによって、長さの短い金型シートから長尺の転写シートを製造することができる。
＜実施例＞
【００５６】
次に、本発明に係るシート転写装置によって、金型シートとしてＳＵＳ３０４の極細線（φ１８μｍ）により製織された金網シートを用い、下記試作条件で試作した実施例について述べる。
【００５７】
試作条件
・圧延機        ：１５０ｍｍ幅小型４段圧延機
・被転写シート  ：厚さ１ｍｍ、幅５０ｍｍの純アルミニウムシート
・ワークロール径：φ１００ｍｍ
・圧下率        ：１０％
・転写速度      ：１０ｍ／ｍｉｎ．
【００５８】
上記実施例によって得られた転写シートの転写表面を拡大した図面代用写真を図３に示す。金型シートとして用いた金網シートの金網素線（凸部）のパターンが、転写シート側にピッチ約６０μｍの溝部として転写されている状態が明瞭に分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上説明したように、本発明に係るシート転写装置によれば、シート状に形成された金型を用いることによって、バックアップロールによる転写面圧のバックアップが可能となったので、幅方向に均一な凹凸パターンを有する高品質の転写シートが得られる。このような転写シートは、表面の乱反射に優れたシート、超撥水性や超親水性を有するシート、プレス成型時の潤滑性の優れたシート等の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシート転写装置について、模式的断面で示した構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るシート転写装置について、模式的断面で示した構成図である。
【図３】実施例で得られた転写シートの転写表面を拡大した図面代用写真である。
【図４】金属箔上にホログラムレリーフパターンを形成する従来例に係る工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…金型シート，      ２…被転写シート，
３…ワークロール，    ４…バックアップロール，
５ａ，５ｂ…ブライダルロール，
６ａ…被転写シートデコイラー，６ｂ…被転写シートコイラー，
７…洗浄手段，        ８…圧延機，
９ａ…金型シートデコイラー，９ｂ…金型シートコイラー，
１０…シート転写装置
【図１】
0004588607.tif 000002
【図２】
0004588607.tif 000003
【図３】
0004588607.tif 000004
【図４】
0004588607.tif 000005