(57)【要約】      （修正有）【課題】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に用いられる金型の細孔の深さのバラツキが抑えられた金型を製造できる方法、およびこれより製造された金型の提供。【解決手段】円筒状のアルミニウム基材３０を電解液中で陽極酸化して、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金型を製造する方法であって、アルミニウム基材３０の内周面に電解液を接触させないように陽極酸化する、金型の製造方法、およびこれより製造された金型。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化して、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金型を製造する方法であって、
アルミニウム基材の内周面に電解液を接触させないように陽極酸化する、金型の製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウム基材の内部に電解液が入らないように止水しながら陽極酸化する、請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウム基材の内周面を被覆して陽極酸化する、請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型の製造方法により製造された、金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、可視光の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などの物品は、反射防止効果、ロータス効果等を発現することが知られている。特に、モスアイ構造と呼ばれる微細凹凸構造は、空気の屈折率から物品の材料の屈折率へと連続的に屈折率が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。
【０００３】
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、金型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。
インプリント法で用いる金型の製造方法としては、例えば、平板状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化して、アルミニウム基材に、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナを形成する方法が提案されている（特許文献１）。また、円筒状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化して、アルミニウム基材の内周面または外周面に、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナを形成する方法が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０９５４１５号パンフレット
【特許文献２】特許第４３６８３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜２に記載のように円筒状のアルミニウム基材を単に電解液中で陽極酸化した場合は、アルミニウム基材の場所によって陽極酸化の程度にムラが生じてしまい、その結果、場所によって細孔の深さにバラツキがある金型が得られる場合があった。特に、アルミニウム基材が長くなったり、基材の直径が大きくなったりするほど顕著である。
こうした金型を用い、インプリント法にて複数の凸部を表面に有する光学フィルムを製造すると、場所によって凸部の高さにバラツキがある、すなわち場所によって反射率にバラツキがある光学フィルムとなってしまう。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、細孔の深さのバラツキが抑えられた金型を製造できる方法、およびこれより製造された金型の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意検討した結果、陽極酸化反応が進行するとアルミニウム基材自体が発熱し、これに影響を受けて電解液の温度が上昇することで、陽極酸化の程度にムラが生じてしまい、その結果、細孔の深さにバラツキが生じることが分かった。
【０００８】
アルミニウム基材の発熱（熱流量Ｑ）は下記式（１）、（２）から求められる。
熱流量Ｑ［Ｊ／ｓ］＝電圧Ｅ×電流Ｉ    ・・・（１）
熱流量Ｑ［Ｋｃａｌ／ｈ］＝｛（初期温度ｔ１−変化温度ｔ２）×流量Ｖ×比重ｗ×比熱ｃ｝／時間Ｈ    ・・・（２）
また、電圧Ｅは下記式（３）に示すオームの法則と、下記式（４）に示す抵抗値計算式から求められる。
電圧Ｅ［Ｖ］＝電流Ｉ×抵抗Ｒ    ・・・（３）
抵抗Ｒ［Ω］＝抵抗率ρ×長さ（厚さ）Ｌ／断面積Ａ    ・・・（４）
ここで、抵抗率ρは電解液濃度により決定される値であり、長さＬは陽極と陰極間との距離であり、陽極酸化槽の形状により決定される値であり、電圧Ｅは陽極酸化条件により決定される値であり、断面積Ａは電解液に対するアルミニウム基材の接触面積であり、抵抗率ρ、長さＬ、電圧Ｅはそれぞれ固定値である。
【０００９】
上記式（１）〜（４）より、断面積Ａの値が小さくなると、抵抗Ｒの値が大きくなる。よって、電流Ｉの値が小さくなるため、熱流量Ｑの値も小さくなる。
従って、電解液に対するアルミニウム基材の接触面積が小さくなればアルミニウム基材の発熱を軽減できるようになり、その結果、電解液の温度上昇が抑制されるので、陽極酸化中の電解液の温度が安定し、細孔の深さのバラツキが抑えられた金型を製造できるとの着想に基づき、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の金型の製造方法は、円筒状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化して、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金型を製造する方法であって、アルミニウム基材の内周面に電解液を接触させないように陽極酸化することを特徴とする。
ここで、前記アルミニウム基材の内部に電解液が入らないように止水しながら、もしくは前記アルミニウム基材の内周面を被覆して、陽極酸化することが好ましい。
また、本発明の金型は、前記金型の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、細孔の深さのバラツキが抑えられた金型を製造できる方法、およびこれより製造された金型を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施形態で用いる陽極酸化処理装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示される部材の詳細を説明する要部断面図である。
【図３】陽極酸化アルミナの細孔の形成過程を示す断面図である。
【図４】第一の実施形態で用いる陽極酸化処理装置の他の例を示す断面図である。
【図５】第二の実施形態で用いる陽極酸化処理装置の一例を示す断面図である。
【図６】第二の実施形態で用いる陽極酸化処理装置の他の例を示す断面図である。
【図７】実施例１および比較例１におけるアルミニウム基材に対する通電状態を説明するグラフを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［金型の製造方法］
本発明の金型の製造方法は、円筒状のアルミニウム基材を電解液中で陽極酸化して、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金型を製造する方法であって、アルミニウム基材の内周面に電解液を接触させないように陽極酸化することを特徴とする。
以下、本発明の金型の製造方法の一例について詳細に説明する。
【００１４】
＜第一の実施形態＞
本発明の第一の実施形態は、アルミニウム基材の内部に電解液が入らないように止水しながら陽極酸化して金型を製造する実施形態である。
第一の実施形態における金型の製造方法としては、例えば下記工程（ａ）〜工程（ｆ）を有する方法が挙げられる。
（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、表面に複数の細孔を有する酸化皮膜を形成する工程。
（ｂ）酸化皮膜を処理液中で除去し、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。
【００１５】
工程（ａ）
図１は、陽極酸化処理装置の一例を示す断面図である。
陽極酸化処理装置１０は、電解液で満たされた陽極酸化槽１２と、陽極酸化槽１２の周囲を囲い、陽極酸化槽１２からオーバーフローした電解液１４を受けるための外槽１６と、電解液１４を一旦貯留する貯留槽１８と、外槽１６で受けた電解液１４を貯留槽１８へ流下させる流下流路２０と、貯留槽１８の電解液１４を、アルミニウム基材３０よりも下側の、陽極酸化槽１２の底部近傍に形成された供給口２２へ返送する返送流路２４と、返送流路２４の途中に設けられたポンプ２６と、供給口２２から吐出された電解液１４の流れを調整する整流板２８とを備えている。
【００１６】
陽極酸化処理装置１０は、陽極となる円筒状のアルミニウム基材３０の両端の開口３１Ａ、３１Ｂを封止するように、それぞれ挿入された一対の回転可能な回転部材３２Ａ、３２Ｂと、これら回転部材３２Ａ、３２Ｂをそれぞれ回転可能に支持すると共に、これら回転部材３２Ａ、３２Ｂを介してアルミニウム基材３０を支持する一対の保持板３３Ａ、３３Ｂと、アルミニウム基材３０を挟んで対向配置された２枚の陰極板３６と、アルミニウム基材３０および２枚の陰極板３６に電気的に接続された電源３８と、貯留槽１８の電解液１４の温度を調節する調温手段４０とを備えている。
【００１７】
ポンプ２６は、貯留槽１８から返送流路２４を通って陽極酸化槽１２へ向かう電解液１４の流れを形成するとともに、供給口２２から勢いを付けて電解液１４を吐出させることによって、陽極酸化槽１２の底部から上部へ上昇する電解液１４の流れを形成するものである。
【００１８】
整流板２８は、供給口２２から吐出された電解液１４が陽極酸化槽１２の底部全体からほぼ均一に上昇するように電解液１４の流れを調整する、複数の貫通孔が形成された板状部材であり、表面が略水平となるようにアルミニウム基材３０と供給口２２との間に配置されている。
【００１９】
２枚の陰極板３６は、アルミニウム基材３０の中心軸に対して平行に配置され、かつアルミニウム基材３０を水平方向から挟むように、アルミニウム基材３０から間隙をあけて対向配置された金属板である。陰極板３６は、少なくとも１枚以上配置されていればよい。
また貯留槽１８に設けられた調温手段４０としては、水、オイル等を熱媒とした熱交換器、電気ヒータ等が挙げられる。
【００２０】
保持板３３Ａ、３３Ｂは、アルミニウム基材３０を軸方向から挟むように間隙をあけて対向配置された金属板であり、それぞれアルミニウム基材３０の軸方向の延長上に、回転部材３２Ａ、３２Ｂを回転可能に嵌挿させる開口である軸受け部３４Ａ、３４Ｂを有している。軸受け部３４Ａ、３４Ｂの内周面に、樹脂材料又は金属材料からなるドライベアリング３５Ａ、３５Ｂが設けられ、これらドライベアリング３５Ａ、３５Ｂによって回転部材３２Ａ、３２Ｂは、保持板３３Ａ、３３Ｂに対して回転可能に支持されている。
【００２１】
互いに離間した保持板３３Ａ、３３Ｂの上部には、これらに跨って貫通する複数のバー部材４１が設けられている。保持板３３Ａ、３３Ｂは、これらバー部材４１から垂下するようにして互いに平行した状態で、これらバー部材４１によって連結されている。
【００２２】
回転部材３２Ａ、３２Ｂは、アルミニウム基材３０の開口３１Ａ、３１Ｂに嵌め合い、若しくは軽圧入状態で挿入されており、アルミニウム基材３０を両端側から挟むように固定している。これによりアルミニウム基材３０は回転部材３２Ａ、３２Ｂにより、内部に電解液１４が入らないように止水された構造となっている。
【００２３】
アルミニウム基材３０を回転部材３２Ａ、３２Ｂにて挟むように固定することにより、アルミニウム基材３０は回転部材３２Ａ、３２Ｂに対しての周方向への回転を規制された状態で回転部材３２Ａ、３２Ｂに支持され、より詳しくは、アルミニウム基材３０は、回転部材３２Ａ、３２Ｂによって、その軸方向が水平状態となるように支持されている。すなわち、アルミニウム基材３０は、回転部材３２Ａ、３２Ｂによって陽極酸化槽１２の底部と平行の状態となるように支持されている。
【００２４】
回転部材３２Ａ、３２Ｂは導電性を有する材料からなり、図１に示すように回転中心領域に挿入孔４２Ａ、４２Ｂが形成され、挿入孔４２、４２Ｂには導電性を有する材料からなる棒状の通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂが挿入されている。
通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂは、回転部材３２Ａ、３２Ｂに対して一体的に固定されており、回転部材３２Ａ、３２Ｂの回転に連動して回転する。
通電用シャフト４３Ａを回転部材３２Ａに固定する方法としては、例えば図２に示すように、通電用シャフト４３Ａにフランジ部７０を形成し、ボルト締結する等といった態様が考えられるが、その他の態様であっても構わない。なお、通電用シャフト４３Ｂを回転部材３２Ｂに固定する場合も同様である。
【００２５】
通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂの一端は円錐状に形成され、この円錐状端部４４Ａ、４４Ｂは、バー部材４１から垂下された給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂの下端側に形成される回転受け部４６Ａ、４６Ｂに当接されている。回転受け部４６Ａ、４６Ｂは円錐状の凹部４７Ａ、４７Ｂを有し、この凹部４７Ａ、４７Ｂの最下面に円錐状端部４４Ａ、４４Ｂの先端を当接させるとともに、凹部４７Ａ、４７Ｂの側面領域によって円錐状端部４４Ａ、４４Ｂの周囲を囲うようにして位置規制している。なお、円錐状端部４４Ａ、４４Ｂは通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂと一体のものであっても、脱着可能に取り付けられる別体のものであっても構わない。
また、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂは、陽極酸化槽１２および外槽１６を貫通しており、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂと陽極酸化槽１２および外槽１６との間には、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂを回転可能及び軸方に移動可能に支持する滑り軸受け４８・・・が設けられている。
【００２６】
通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂは、給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂ及び回転受け部４６Ａ、４６Ｂを介して電源３８に電気的に接続されており、電源３８から電流を供給される。電源３８から通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂに供給された電流は、回転部材３２Ａ、３２Ｂのアルミニウム基材３０に当接する当接面３７Ａ、３７Ｂを介して、アルミニウム基材３０に供給される。
なお、回転部材３２Ａ、３２Ｂは、全体が導電性を有する材料から構成されている必要はなく、アルミニウム基材３０と通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂとを電気的に接続可能な構成とされていればよい。
【００２７】
上述のようにして構成された陽極酸化処理装置１０では、図示しないモータの駆動力を通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂに伝達させ、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂおよび回転部材３２Ａ、３２Ｂの回転に連動させてアルミニウム基材３０を回転させる。
【００２８】
この陽極酸化処理装置１０を用いたアルミニウム基材３０の陽極酸化は、下記のように行う。
アルミニウム基材３０の両端の開口３１Ａ、３１Ｂに回転部材３２Ａ、３２Ｂをそれぞれ挿入し、内部に電解液が入らないように止水した状態で電解液１４に浸漬させる。そして、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂを回転部材３２Ａ、３２Ｂに装着し、モータ（図示略）を駆動させ、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂおよび回転部材３２Ａ、３２Ｂを回転させ、アルミニウム基材３０をその軸方向を回転中心として回転させる。
アルミニウム基材３０を回転させながら、給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂ、回転受け部４６Ａ、４６Ｂ、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂ、および回転部材３２Ａ、３２Ｂを介してアルミニウム基材３０と陰極板３６との間に電圧を印加し、アルミニウム基材３０の陽極酸化を行う。
【００２９】
なお、回転部材３２Ａ、３２Ｂで両端を封止したアルミニウム基材３０を電解液１４で満たされていない陽極酸化槽１２内に設置した後、または電解液１４で満たされていない陽極酸化処理槽１２内でアルミニウム基材３０の両端を回転部材３２Ａ、３２Ｂで封止した後、陽極酸化槽１２内を電解液１４で満たすことで、アルミニウム基材３０を電解液１４に浸漬させてもよい。
【００３０】
アルミニウム基材３０の陽極酸化を行う間は、アルミニウム基材３０を回転させながら、陽極酸化槽１２から電解液１４の一部を排出しつつ、陽極酸化槽１２に同量の電解液１４を供給する。具体的には、陽極酸化槽１２から電解液１４をオーバーフローさせ、オーバーフローした電解液１４を貯留槽１８に流下させ、電解液１４の温度を貯留槽１８で調節した後、該電解液１４を、アルミニウム基材３０よりも下側に設けられた供給口２２から陽極酸化槽１２内に返送する。
この際、ポンプ２６によって供給口２２から勢いを付けて電解液１４を吐出させ、さらに整流板２８によって供給口２２から吐出された電解液１４が陽極酸化槽１２の底部全体からほぼ均一に上昇するように電解液１４の流れを調整することによって、陽極酸化槽１２の底部から上部へ上昇する電解液１４のほぼ均一な流れが形成される。
【００３１】
陽極酸化槽１２への電解液１４の供給量（供給口２２からの電解液の吐出量）は、陽極酸化槽１２の容積に対して、循環回数が３分に１回以上が好ましい。そうすることで、陽極酸化槽１１は頻繁な液更新が行え、除熱、発生した水素除去を効率良く行える。具体的には、槽容量が１０７Ｌの時、供給流量を３６Ｌ／ｍｉｎ程度にするのが好ましい。
【００３２】
アルミニウム基材３０の表面の周速は、０．１ｍ／ｍｉｎ以上が好ましい。アルミニウム基材３０の表面の周速が０．１ｍ／ｍｉｎ以上であれば、アルミニウム基材３０の周囲における電解液１４の濃度や温度のムラが充分に抑えられる。駆動装置の能力の点から、アルミニウム基材３０の表面の周速は、２５．１ｍ／ｍｉｎ以下が好ましい。
【００３３】
上述のようにしてアルミニウム基材３０を陽極酸化すると、図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示すように細孔５２を有する酸化皮膜５４が形成される。
アルミニウムの純度は、９９％以上が好ましく、９９．５％以上がより好ましく、９９．８％以上がさらに好ましい。アルミニウムの純度が低いと、陽極酸化した際に、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、陽極酸化で形成される細孔５２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。
【００３４】
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。
ある所定の周期で規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナを得るには、所定の周期に合った化成電圧をかける必要がある。例えば周期が１００ｎｍの陽極酸化アルミナの場合、化成電圧は３０〜６０Ｖであることが好ましい。所定の周期に合った化成電圧をかけない場合、規則性が低下する傾向にある。
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。
【００３５】
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。
ある所定の周期で規則性の高い細孔を有する陽極酸化アルミナを得るには、所定の周期に合った化成電圧をかける必要がある。例えば周期が６３ｎｍの陽極酸化アルミナの場合、化成電圧は２５〜３０Ｖであることが好ましい。所定の周期に合った化成電圧をかけない場合、規則性が低下する傾向にある。
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。
【００３６】
工程（ｂ）
図３（ｃ）に示すように、酸化皮膜５４を一旦除去する。ここで、これを陽極酸化の細孔発生点５６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。
【００３７】
工程（ｃ）
酸化皮膜を除去したアルミニウム基材３０を再度、陽極酸化すると、図３（ｄ）に示すように、円柱状の細孔５２を有する酸化皮膜５４が形成される。
陽極酸化は、上述した陽極酸化処理装置１０を用いて行う。条件は、図３（ｂ）に示した酸化皮膜５４を形成した際と同様な条件であればよい。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。
【００３８】
工程（ｄ）
図３（ｅ）に示すように、細孔５２の径を拡大させる処理を行う。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。
【００３９】
工程（ｅ）
図３（ｆ）に示すように、再度、陽極酸化すると、円柱状の細孔５２の底部から下に延びる、直径の小さい円柱状の細孔５２がさらに形成される。
陽極酸化は、上述した陽極酸化処理装置１０を用いて行う。条件は、上述と同様な条件であればよい。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。
【００４０】
工程（ｆ）
上述した工程（ｄ）と工程（ｅ）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５２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））が形成された、図３（ｇ）に示すようなロール状の金型６０が得られる。最後は細孔径拡大処理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。
【００４１】
細孔５２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５２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５２間の平均周期は、２５ｎｍ以上が好ましい。
【００４２】
細孔５２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。
【００４３】
以上説明した本発明の金型の製造方法にあっては、アルミニウム基材の両端を回転部材で封止することで、アルミニウム基材の内部に電解液が入らないように止水されるので、アルミニウム基材の内周面に電解液を接触させないように陽極酸化できる。従って、電解液に対するアルミニウム基材の接触面積が、内部を止水しない場合に比べて約半分に減少するため、陽極酸化によるアルミニウム基材の発熱を軽減できる。その結果、電解液の温度上昇が抑制されるので、陽極酸化中の電解液の温度が安定し、細孔の深さのバラツキが抑えられた金型が得られる。
【００４４】
加えて、電解液の温度が安定することで、熱によるアルミニウム基材の変形を効果的に防止したり、陽極酸化時の「ヤケ」を抑制したりできる。また、槽冷却装置の能力や整流器容量を軽減できるので、設備的に安価な構成とすることが可能となる。
さらに、アルミニウム基材の内部を止水することで、陽極酸化処理槽の電解液使用量も少なくなり、廃液や電解液コスト削減に繋がる。
【００４５】
このような本発明の効果は、アルミニウム基材が長くなったり、基材の直径が大きくなったりするほど、すなわち、アルミニウム基材の表面積が大きくなり、電解液の使用量が増えるほど発揮される。
従って、本発明の金型の製造方法は、大型の金型を製造する場合に特に好適である。
【００４６】
なお、第一の実施形態における金型の製造方法は、上述した方法に限定されない。
上述した製造方法では、図１に示すように、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂが陽極酸化槽１２および外槽１６を貫通し、給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂ、および回転受け部４６Ａ、４６Ｂが外槽１６の外側に出ている陽極酸化処理装置１０を用いているが、例えば通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂは陽極酸化槽１２および外槽１６を貫通せず、給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂ、および回転受け部４６Ａ、４６Ｂが陽極酸化槽１２の内側に収められていてもよい。ただし、この場合は給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂの一部、および回転受け部４６Ａ、４６Ｂが電解液１４に浸漬することとなるため、これらが磨耗した場合、電解液１４が汚染され、アルミニウム基材３０の品質に影響することがある。従って、電解液１４の汚染防止を考慮すると、図１に示すように、給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂ、および回転受け部４６Ａ、４６Ｂが外槽１６の外側に出ている方が好ましい。また給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂ、および回転受け部４６Ａ、４６Ｂを用いず、回転しながら給電可能なロータリーコネクタ等の装置を用いてもよい。
【００４７】
また、アルミニウム基材を陽極酸化する際には、例えば図４に示す陽極酸化処理装置８０を用いてもよい。なお、図４において、図１と同様の構成要素については同一符号で示し、その説明を省略する。
図４に示す陽極酸化処理装置８０は、水平方向に軸方向を沿わせてアルミニウム基材３０を支持する一対の支持軸８１Ａ、８１Ｂが設けられている。支持軸８１Ａ、８１Ｂは陽極酸化処理槽１２を貫通し、陽極酸化槽１２の側壁に対して回転可能に支持されている。
支持軸８１Ａ、８１Ｂは、例えばモータ等の回転駆動部（図示略）と接続されており、この回転駆動部によって支持軸８１Ａ、８１Ｂが同一方向に回転されることで、この陽極酸化処理装置８０ではアルミニウム基材３０が回転するようになっている。
【００４８】
さらに、図４に示す陽極酸化処理装置８０では、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂの他端に円盤状の通電部材８２Ａ、８２Ｂが一体に設けられており、通電部材８２Ａ、８２Ｂはアルミニウム基材３０の両端に面接触して封止している。
通電部材８２Ａ、８２Ｂは、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂあるいはアルミニウム基材３０の軸方向にエアシリンダ等の進退動を行う駆動部（図示略）によって、進退動ができるように設置されている。アルミニウム基材３０を電解液１４で満たされていない陽極酸化処理槽１２の側壁に支持された支持軸８１Ａ、８１Ｂに設置した後、アルミニウム基材３０の軸方向の両側から、通電部材８２Ａ、８２Ｂをアルミニウム基材３０の両端に面接触させることで通電可能となる。
アルミニウム基材３０の両端を通電部材８２Ａ、８２Ｂで封止して、内部に電解液が入らないように止水した後、陽極酸化槽１２内を電解液１４で満たす。
【００４９】
図４に示すように、アルミニウム基材３０は、両端の内径側角部が面取りされ、テーパ状になっていることが好ましい。一方、通電部材８２Ａ、８２Ｂは、アルミニウム基材３０のテーパ面に面接触できるように、外径側角部が面取りされ、テーパ状になっていることが好ましい。これにより、両者は通電部材８２Ａ、８２Ｂのアルミニウム基材３０に当接する当接面８３Ａ、８３Ｂにおいて、電気的に緊密に接触することができる。加えて、アルミニウム基材３０若しくは通電部材８２Ａ、８２Ｂ側が回転した場合に、接触させた抵抗により回転を伝達することができ、これらを同期させて回転させることができる。従って、接触面積が大きく、また回転した際の滑りの影響や摩耗の影響も軽減されるため、安定した電流供給が可能となる。
【００５０】
なお、通電部材８２Ａ、８２Ｂとアルミニウム基材３０を同期させて回転させる手段としては、支持軸８１Ａ、８１Ｂではなく、図１に示す陽極酸化処理装置１０と同様に、通電部材８２Ａ、８２Ｂに接続された通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂが回転駆動源になっていてもよい。その場合、支持軸８１Ａ、８１Ｂは上記で説明した回転駆動部に接続せず、アルミニウム基材３０と同期して回転できるような構造になっていればよい。
また、図４に示す陽極酸化処理装置８０では、アルミニウム基材３０の両端の内径側角部、および通電部材８２Ａ、８２Ｂの外径側角部を面取りしてテーパ状にしているが、アルミニウム基材３０の両端の外径側角部を面取りし、通電部材８２Ａ、８２Ｂの内径側角部を面取りしてテーパ状にしてもよい。さらに、各通電部材８２Ａ、８２Ｂにおいて、テーパの形状は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、通電部材８２Ａ、８２Ｂは、全体が導電性を有する材料から構成されている必要はなく、アルミニウム基材３０と通電用シャフト１４とを電気的に接続可能な構成とされていればよい。
【００５１】
＜第二の実施形態＞
次に、図５を用いて本発明の第二の実施形態について説明する。
第二の実施形態において、第一の実施形態と異なる点は、アルミニウム基材の内周面を被覆して陽極酸化する点である。
なお、図５において、第一の実施形態の図１と同様の構成要素については同一符号で示し、その説明を省略する。
【００５２】
図５に示す陽極酸化処理装置９０は、アルミニウム基材３０の内周面の全てがフィルムＦで被覆されている。
アルミニウム基材３０の内周面をフィルムＦで被覆する方法としては特に制限されず、例えば接着剤でフィルムＦを内周面に貼り付ける方法が挙げられる。
フィルムＦとしては、耐酸性を有する樹脂から構成されるフィルムが好ましい。このような樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、塩素化ポリエーテル樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリステル樹脂などが挙げられる。
【００５３】
第二の実施形態によれば、アルミニウム基材の内周面を被覆するので、アルミニウム基材の内周面に電解液を接触させないように陽極酸化できる。従って、電解液に対するアルミニウム基材の接触面積が、内周面を被覆しない場合に比べて約半分に減少するため、陽極酸化によるアルミニウム基材の発熱を軽減できる。その結果、電解液の温度上昇が抑制されるので、陽極酸化中の電解液の温度が安定し、細孔の深さのバラツキが抑えられた金型が得られる。
加えて、電解液の温度が安定することで、熱によるアルミニウム基材の変形を効果的に防止したり、陽極酸化時の「ヤケ」を抑制したりできる。また、槽冷却装置の能力や整流器容量を軽減できるので、設備的に安価な構成とすることが可能となる。
【００５４】
このような本発明の効果は、アルミニウム基材が長くなったり、基材の直径が大きくなったりするほど、すなわち、アルミニウム基材の表面積が大きくなり、電解液の使用量が増えるほど発揮される。
従って、本発明の金型の製造方法は、大型の金型を製造する場合に特に好適である。
【００５５】
なお、第二の実施形態では、図５に示すようにアルミニウム基材３０の内周面が被覆されているので、アルミニウム基材３０の内部に電解液が入らないように止水する必要はない。従って、電解液１４で満たされた陽極酸化処理槽１２内でアルミニウム基材３０の両端に回転部材３２Ａ、３２Ｂを挿入してもよい。
また、電源３８から通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂに供給された電流が、回転部材３２Ａ、３２Ｂの当接面３７Ａ、３７Ｂを介してアルミニウム基材３０に供給されれば、アルミニウム基材３０の両端を回転部材３２Ａ、３２Ｂで封止する必要はなく、例えば回転部材３２Ａ、３２Ｂはスポーク状やリング状であってもよい。
【００５６】
また、第二の実施形態における金型の製造方法は、上述した方法に限定されず、例えば図６に示す陽極酸化処理装置１００を用いてアルミニウム基材３０を陽極酸化してもよい。なお、図６において、第一の実施形態の図１、４と同様の構成要素については同一符号で示し、その説明を省略する。
図６に示す陽極酸化処理装置１００を用いる場合、アルミニウム基材３０を電解液１４で満たされた陽極酸化処理槽１２の支持軸８１Ａ、８１Ｂの上に設置し、その後、前後移動を行う駆動部（図示略）を用いて通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂを両側から同時に動かして、通電部材８２Ａ、８２Ｂにアルミニウム基材３０を接触させることができる。
【００５７】
なお、上述した第二の実施形態における金型の製造方法では、図５、６に示すようにアルミニウム基材３０の内周面の全てをフィルムＦで被覆しているが、内周面の一部が被覆された状態で（すなわち、内周面の一部が露出した状態で）陽極酸化してもよい。アルミニウム基材の内周面の少なくとも一部が被覆されていれば、内周面を被覆しない場合に比べて電解液に対する接触面積を減らすことができるので、上述した本発明の効果が得られる。ただし、本発明の効果を十分に発揮するためには、内周面の全てを被覆するのが好ましい。
【００５８】
［金型］
本発明の金型は、上述した本発明の金型の製造方法により得られる。従って、本発明の金型は、細孔の深さのバラツキが抑えられ、規則性の高い細孔を有する。
本発明の金型は、例えば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で用いられる金型として好適である。
【実施例】
【００５９】
［実施例１］
図１に示す陽極酸化処理装置１０を用いて、円筒状のアルミニウム基材３０を以下のようにして陽極酸化した。
まず、アルミニウム基材３０（外径２００ｍｍ、長さ３２０ｍｍ）の両端を回転部材３２Ａ、３２Ｂで封止し、内部に電解液１４が入らないように止水した状態で、陽極酸化槽１２内の電解液１４に浸漬させた。ついで、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂを回転部材３２Ａ、３２Ｂに装着し、モータ（図示略）を駆動させ、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂおよび回転部材３２Ａ、３２Ｂを表面の周速が３．８ｍ／ｍｉｎの条件下で回転させ、アルミニウム基材３０をその軸方向を回転中心として回転させた。
そして、アルミニウム基材３０を回転させながら、給電フラットバー４５Ａ、４５Ｂ、回転受け部４６Ａ、４６Ｂ、通電用シャフト４３Ａ、４３Ｂ、および回転部材３２Ａ、３２Ｂを介してアルミニウム基材３０と陰極板３６との間に４０Ｖの電圧を印加して、３０分間陽極酸化し、アルミニウム基材３０の表面に酸化皮膜を形成した。
電解液１４としては、濃度０．３Ｍのシュウ酸水溶液（初期温度１６℃、調温なし）を用い、槽容積が１０７Ｌであったため、電解液の供給量を３６Ｌ／分とした。
【００６０】
上記のようにして陽極酸化処理装置１０で３０分通電した際の電流値の状態を実測した結果を図７に示す。
なお、図７において、横軸は積算時間（秒）を示し、縦軸は電流値（Ａ）である。
【００６１】
［比較例１］
電解液１４で満たされた陽極酸化処理槽１２内でアルミニウム基材３０の両端に回転部材３２Ａ、３２Ｂを挿入し、電解液がアルミニウム基材３０の内部に流入する状態とした以外は、実施例１と同様にして陽極酸化した。このときの電流値の状態を実測した結果を図７に示す。
【００６２】
実施例１の場合、陽極酸化されるアルミニウム基材の処理面積（すなわち、電解液との接触面積）は、２５．０ｄｍ２であった。一方、比較例１の場合、アルミニウム基材の処理面積は、４２．１ｄｍ２であった。
また、図７から明らかなように、アルミニウム基材の両端を封止し、内部に電解液が入らないように止水して陽極酸化した実施例１は、内部を止水せずに陽極酸化した比較例１に比べて電流値が小さかった。従って、上記式（１）より熱流量Ｑの値が小さくなるので、陽極酸化によるアルミニウム基材の発熱が軽減され、その結果、電解液の温度上昇が抑制されることが示された。
よって、本発明であれば、陽極酸化中の電解液の温度が安定するので、細孔の深さのバラツキが抑えられた金型を製造することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０、８０、９０、１００  陽極酸化処理装置、
１４  電解液、
３０  アルミニウム基材、
３２Ａ、３２Ｂ  回転部材、
８２Ａ、８２Ｂ  通電部材、
５２  細孔、
５４  酸化皮膜（陽極酸化アルミナ）、
６０  金型、
Ｆ  フィルム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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