JPS6135932A - 表面特性の複製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は表面特性の複製に関する。

〔従来の技術〕

種々の表面特性を複製することは広く行われている。す
なわち、多くの複製が表面変形像たとえばホログラム、
回折格子、ビデオ・ディスク、蓄音機のレコードなどか
ら作られる。多くの複製がまた非常に平滑な表面からも
鏡などの用途のために作られる。どちらの場合も、複製
の質と複製の速度との両者がしばしば非常に重要である
。表面特性の複製（以下、本明細書において「像」と称
する場合がある）は、熱エネルギーと機械的圧力との組
合わせを使用して、像をマスターから熱可塑性材料のフ
ィルムへ移すことを含む諸工程によって達成されている
。そのような複製工程においては、被複製像はマスター
から公知の手段たとえば型彫りまたは光化学的複製によ
って作られる成形用具（ｔｏｏｌ）上に設けられる。像
付き（像を持たされた）成形用具を熱可塑性材料のフィ
ルムと接触させ、それから圧力ローラの間を通す。像付
き成形用具は所望のスタンピング温度まで加熱され、つ
いでそれが熱可塑性フィルムを軟化して、両者が圧力ロ
ーラのニップを通過して一緒に加圧される時に、フィル
ムが、像付き成形用具上にある像を受は入れることがで
きるようにする。それから、像付き成形用具と熱可塑性
フィルムとを、良好な像の転移を確実にするため、分離
に先立ってスタンピング温度以下の温度まで冷却する。

この種の公知の像転移方式は種々の不利益を露呈する。

たとえば、この種の公知工程による複製の速度は、像付
き成形用具および熱可塑性フィルムを冷却するのに要す
る時間のためにどうしても所望の速度よりも小さくなる
。さらに、複製の質もまた望まれるほど良好であるとは
限らない。熱可塑性フィルムおよび像付き成形用具を圧
力ローラのニップ中に導入することによってひき起され
るくさび効果が像の位置のずれを生起する。

ときどき、圧力ローラが熱可塑性フィルムの横方向への
運動をひき起し、そのために複製される像がこすられて
ぼける。それからまた、熱可塑性フィルムのゲージすな
わち厚みに変動があるとフィルムが圧力ローラの間を通
される時に複製される像の汚染または歪曲をもたらすこ
とがよくある。

圧力ローラによって加えられる圧力が一様でない場合に
は、低フィルムゲージの区域に表面きずが生じることも
よ（あることである。さらに、圧力ローラはしばしば薄
いつまり低ゲージのプラスチック材料からなるフィルム
のしわ寄りまたは破壊をひき起し、それが損傷した製品
および生産のおくれの原因となる。圧力ローラは可塑性
フィルムにかなり大きな力を及ぼし、そしての力が像付
き成形用具に伝達されて像付き成形用具の変形および（
または）摩耗を引き起す。ローラによって加えられる圧
力はそれによって作られるプラスチックウェブを応力が
加えられて配向性をもったものとし、とりわけウェブが
薄い場合には、周囲温度が変化するならば、ウェブのゆ
がみがもたらされる。

従って、表面特性を再生するための新規で改善された方
法を提供することが本発明の主要な目的である。

さらに、高速度で実施することのできる再製方法を提供
することが本発明のひとつの目的である。

最小の配向または応力が与えられ、かつ高品質の複製像
をもつ、熱可塑性材料のウェブまたはフィルムを作る複
製工程を提供することが本発明のもうひとつの目的であ
る。

本発明のもうひとつの目的は、熱可塑性材料の薄いフィ
ルムまたはウェブ上に表面複製を作るための工程を提供
することである。

その中で像付き成形用具の寿命が最大限に延長されるよ
うな複製工程を提供することが本発明のもうひとつの目
的である。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、その軟化点以上の温度に保たれる熱可塑性材
料と、所望の表面特性を担持する像付き成形用具の表面
とを接触させることによって表面特性を複製する方法に
関する。材料と像付き成形用具とが接触している間に、
流体圧力を軟化熱可塑性材料に加える。次に、熱可塑性
材料をその軟化点以下の温度まで冷却し、それから複製
された表面特性をもつ冷却したプラスチックを成形用具
から分離する。

本発明の新規かつ改善された複製方法およびその利点に
ついて、図面を参照しながら以下に更に詳しく説明する
。

第１図は新規方法の模式的な流れ図である。熱可塑性材
料（１２）を、その軟化点以上の温度において押出ダイ
（１１）から押出す。熱によって軟化され、しかも成形
可能にされる非常にさまざまの熱可塑性材料を使用する
ことができる。適当な材料の代表的例はポリプロピレン
、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、
ポリエステル、ポリスチレン、アクリル酸系合成材料な
どである。

好ましい熱可塑性材料は室温よりわずかに高い温度で軟
化して成形可能となるものである。ある種の用途には、
像がプラスチックを通して見られるようにプラスチック
が透明であるか、少なくとも半透明であることが好まし
い、好ましい熱可塑性材料の例としてポリプロピレンと
ポリエステルとが挙げられる。

押出機（１１）は可塑性材料の押出し用の通例使用され
る押出ダイであることができる。軟化した熱可塑性材料
（１２）を押出機（１１）から、回転円筒（１６）に固
定し得る、像付き成形用具（１４）上に押出す。

あるいは、第２図に示すように、像付き成形用具は２個
の平行回転円筒（１６＾）、（１６Ｂ）の間にあってそ
の２個の上に懸けられる連続ベルト（１４）の形である
ことができる。好ましくは、被複製像の性質とレプリカ
の意図された用途とによって異なるけれども、熱可塑性
材料は、冷却時に約０．００６〜０．５ｍ（約Ａから２
０ミル）そして最も好ましくは約０．０１３〜Ｏ，０５
ｔｍ　（約〃から２ミル）の厚さをもつプラスチック・
フィルムを供給する速度で像付き成形用具上に押出され
る。

被複製像は、任意の適当な方法たとえば（限定するもの
ではないが）電鋳、流し込み、などによりて像付き成形
用具（１４）上に形成することができる。像付き成形用
具（１４）は、本発明方法で使用される、プラスチック
を軟化もしくは融解するのに充分なだけ高い温度の下で
そのもとのままの状態を保持し、多数回の使用の後でも
像を保持するのに充分なだけ硬く、融解したプラスチッ
クが冷却するのを助けるに充分なだけ熱を伝導し、第１
図に示すように円筒状に成形することができるか、また
は第２図に示すように２個の平行回転円筒の間において
それらの上に懸けることができるような材料から形成す
るのが好ましい。これらの基準を満足する材料であって
、とりわけ回転自在円筒上に配置するのに適したもあは
ニッケルで鼠る。

その他の適当な材料として銅、シリコーンおよびエポキ
シが挙げられる。

その外表面上に、像付き成形用具（１４）をもつ円筒（
１６）は軟化したプラスチック（１２）がその上に押し
出されるにつれて回転する。回転自在円筒（１６）は、
水をその内部に通す公知の水冷式のものであるのが好ま
しい。円筒はこの様式でプラスチックの軟化温度（凝固
温度）以下の温度まで冷やされる。円筒が回転するにつ
れて、流体圧力を熱可塑性材料に加え、これによって像
付き成形用具の表面と同じ形をもつようにし、その結果
として成形用具上の像が凝固状態にある熱可塑性材料に
忠実に移される。

１つの好ましい態様に従えば、像付き成形用具の表面上
に拡げられた熱可塑性材料のフィルム上にガス流を向け
ることができる任意の適当な装置（１８）から流体圧力
を加える。このガス流またはガス・カーテンは、像付き
成形用具と像を転写すべき熱可塑性フィルムとの間に空
気が捕えられるのを防ぐことができるようなものでなく
てはならない。従って、ガス流は「アイロンかけ（ｉｒ
ｏｎｉｎｇ）　Ｊ効果を及ぼし、そして可ｉ性材料の凝
固温度以下の温度で熱可塑性フィルムの幅全体に亘って
向けるのが好ましい。ガスは熱可塑性材料を像付き成形
用具上で「アイロンかけ」し、そして両者を緊密な接触
関係にもたらすのに充分な力で熱可塑性材料上に向けら
れる。そのような圧力の最小限の量は、プラスチック材
料の粘度とプラスチックフィルムの厚みとの関係である
。通常、そのような圧力は、約０．１〜Ｌｏｇ／ａｌＩ
の範囲内にある。

流体圧力装置（１８）は、下を通過する熱可塑性材料の
表面上にガス・カーテンを形成することができる任意の
装置であることができる。適当な装置の例としては、空
気ナイフ、それを通って空気または他のガスが向けられ
る多孔性材料の使用によって作られる空気圧ゾーンが挙
げられる。これを第１図によって説明すれば、空気また
は他のガス（１３）が、軟化した熱可塑性ウェブ（１２
）と像付き成形用具（１４）とが接触するのと実質的に
同時にかつ同じ場所において、空気ナイフ（１８）の狭
い開口部を通して軟化した熱可塑性ウェブ（１２）上に
吐き出される。第３図においては、ガス（１３）は多孔
性材料（１５）を経てガス指向性装置（１８）から吐き
出される。そして多孔質材料（１５）は、軟化した熱可
塑性ウェブ（１２）と像付き成形用具（１４）とが接触
する地点を含む、像付き成形用具（１４）の部分のすぐ
上に位置する。

第３図のように配置した加圧袋Ｍ　（１８）によって、
ガスは像付き成形用具の表面と実質的に直角をなす平面
内で熱可塑性材料上に向けられる。ガスが比較的小さな
スロットまたは開口部を通して向けられる第１図に示す
ような加圧装置においては、熱可塑性材料に対するガス
の入射角はいろいろと変えることができる。第４図に示
すように、像付き成形用具に対して９０°よりやや小さ
い角度でガスがプラスチックを打つようにすることの１
つの利点は、熱可塑性材料から押出ダイの方向へそれる
ガスの量が少な（なり、そのために押出ダイの望ましく
ない冷却と押出されるウェブの早期冷却とが減小するこ
とである。

第１図および第３図に例示されるガス指向性装置の代り
に、熱可塑性フィルムと像付き成形用具とを接触する際
に、熱可塑性フィルム表面に流体圧を及ぼす働きをもつ
任意の装置を使用することができる。流体圧は、像付き
成形用具上でプラスチックを「アイロンかけ」し、しか
も熱可塑性フィルムと成形用具とを緊密に接触させるの
に充分なものであることが必要である。自由に流れる流
体または融通自在に制限された流体の圧力を利用するこ
とができる。従って、例えば、流体圧は、容器内にとじ
こめられていない自由に流れる気体または液体によって
、あるいは弾力性のある容器たとえばエラストマー製バ
ッグ内に閉じこめられた気体または液体によって加える
ことができる。

弾力性のある容器内の気体もしくは液体は熱可塑性材料
の軟化温度以下の比較的低い温度にあって、熱が熱可塑
性フィルムから伝導されてフィルムの凝固をひき起こす
のが好ましい。とじ込められた気体もしくは液体の冷却
は任意の適当な手段によって達成することができる。ガ
スまたは液体をとじこめるために容器を使用することは
容器と熱可塑性フィルムとの間に、ある限られた量の摩
擦を生むがこの摩擦はたとえば熱可塑性フィルムの一側
面を滑らかにするために有用である。第５図の中に、模
式的に流体容器（２０）を示し、それはたとえば液体ま
たは気体（２３）でみたされたエラストマー材料製の弾
力性バッグであることができる。第６図は、像付き成形
用具（１４）と接触する熱可塑性材料（１２）が、弾力
性流体容器（２０）に接触する地点にある前記容器の想
定形状を示すものである。弾力性流体収容バッグ（２０
）は、機械的ニップ・ロールによっておよぼされる、非
降伏性で剛性の機械的圧力とはちがって、成形用具（１
４）によってになわれる、像付き表面に従って降伏性変
形する。弾力性の、液体または気体でみたされた容器に
よって加えられる圧力の度合いは、熱可塑性材料を強制
的に像付き成形用具の表面と緊密に接触させる程度のも
のである。

像付き成形用具（１４）またはそれをになう円筒（１６
）が熱可塑性材料を充分に冷却するのに充分なだけ熱伝
導性でない場合には、公知のように、像付き成形用具の
露出した側面に冷却気体または液体の定常流または周期
流を向けることによって、あるいは別の公知の手段によ
って、像付き成形用具が使用される間、本明細書に記載
した成形用具から熱を取除くことによって、成形用具を
冷却することができる。

押出機（１１）から押出される軟化プラスチック（１２
）は、像付き成形用具上に流れ、そしてそれに従って成
形される。円筒（１６）もしくは他の成形用具冷却用装
置を通過する水と、ガス指向性装置（１８）もしくは流
体容器（２０）からの流体との両者が、軟化した熱可塑
性材料をその凝固（通常の軟化されない）状態まで冷却
し、それによって像付き成形用具からの像を熱可塑性フ
ィルムへ転写する。

次いで、熱可塑性材料の凝固したフィルムを、像付き成
形用具および連続ウェブとしての回転円筒から取りはず
す。遊びロール（２１）が像付き熱可塑性ウェブを案内
し、ウェブは次いで所望どおりに加工することができる
。遊びロール（２１）はまた残留熱を伝導によって熱可
塑性ウェブから取除ぞく役目を果すことができる。その
目的のためには、遊びロール（２１）を、像付き成形用
具（１４）を冷却するのと同様に冷却することができる
。ウェブ上の複製像は、当該技術分野において公知のよ
うに、アルミニウムなどによって像表面を金属被覆する
ことによって、向上させることができる。所望により、
保護被覆たとえばフェスなどを仕上ったウェブに適用す
ることもできる。

本発明方法による像複製の一具体例を挙げると次のよう
になる。

ミクロン以下の領域において細部をもつ回折格子のマス
ターコピーを、ニッケル電鋳法によって複製する。回折
格子の電鋳法による複製は非常に忠実でこの操作によっ
て表面細部の質は少しも失われない。ニッケル電鋳用シ
ートを回折格子表面との接触から解除し、続いて熱可塑
性材料と接触するように円筒表面に取付ける。

融通性と取付けの容易性のために、ニッケル・エレクト
ロフオーム（１４）の厚さは、通常約０．０７６〜０．
３８０（３〜１５ミル）の範囲内にある。それを、機械
的方法あるいは接着剤によって回転性円筒（１６）に取
付ける０次いで円筒は、同じ作業幅をもつ押出シートグ
イ（１１）に非常に接近して回転するような位置におく
。シートグイに、加圧下において熱可塑性樹脂混合物を
供給する。そして、樹脂フィルム（１２）をニッケル被
覆円筒の像付き表面上に押出す０代表的な例としては、
使用される樹脂は、約１８８〜２４３℃（３７０〜４７
０°Ｆ）の温度範囲内で９００〜１８００ｐｓｉのシー
トグイ圧力で押出されるポリプロピレンまたはポリエス
テル樹脂である。

上述する経済的理由のため、フィルムの厚さは約０．０
１３〜０．０５１　ｖａｎ　（０，５〜２ミル）の範囲
内にするべきである。しかしながら、本発明方法は適応
性に冨んでいてこの範囲の上方および下方においても像
がきわめて良くコピーされる。シートグイ（１１）から
押出される熱可塑性フィルム（１２）は、それが円筒（
１６）に取付けた、像付き成形用具（１４）と接触する
のと同時に、空気ナイフ（１８）の下方を通過する。無
摩擦性の空気圧カーテンがフィルムを像付き成形用具上
に押しつけてアイロンがけすることにより、そうでない
場合には成形用具とフィルムとの間に捕えられる可能性
がある空気を追い出す。円筒の表面速度は通常１２．２
ｍ／分（４０ｔｔ／分）の付近にある。空気ナイフは円
筒の上方に約Ｑ、５１ｍ　（２０ミル）離して支持し、
そして２０〜４０ｐｓｉの空気内圧で操作する。代表的
例をあげると、空気ナイフのスリット開口は加圧に先立
って約０．２５ｍ　（１０ミル）にする。

次に、可塑性ウェブはほぼ１８０度の角度だけ円筒（１
６）に取付けられた、像付き成形用具（１４）の周囲に
続いてから、第２の円筒（２１）上に逆向きに巻き付け
られ、その円筒により伝導によってウェブから残留熱を
取り去る。続いて、像付き可塑性ウェブの二次加工たと
えばトリミングおよび巻き返しを行なう。

〔発明の効果〕

本発明による像複製方法は多数の実際的利点をもつ。像
を軟化プラスチック上に移している際に、熱可塑性フィ
ルム上に向けられる空気（または他の閉じ込められたも
しくは閉じ込められない気体もしくは液体）は、プラス
チックに「アイロンかけ」効果を与え、プラスチック・
フィルムとイメージ・マスターとの間から空気の気泡を
排除する。

その結果として、優れた品質をもつ複製が得られ、それ
はホログラムまたは回折格子図形のように被複製像が非
常に細かい細部をもつ場合にとりわけ有利である。気体
カーテンは実質的に直角をなす（垂直の）力だけをフィ
ルム表面に及ぼし、像のこすりよごれの原因となるよう
なフィルムの横方向の運動をひき起こすことはない。そ
の上、気体カーテンはプラスチック・フィルムの厚みの
ゲージ変動を調節して、プラスチックとイメージ・マス
ターとの良好な接触を確実なものとする。この自己調節
作用は、たとえば米国特許３．７５６．７６０号明細書
に記述されるような融通性ニップ・ロールによって与え
られる調節作用と比較しても、より優れている。さらに
また、ここに記述される気体カーテンあるいは他の加圧
手段は「寛大性」があって融通のきかないものではない
から、軟化したプラスチック塊が冷えるにつれて収縮し
始めた場合、ウェブはその収縮力によってイメージ・マ
スターに沿って横方向にひきずられる代りに、イメージ
・マスターから自己を引き離すことができ、このように
してイメージ・マスターと接触してほとんど即時に固定
された（凝固した）複製像の損傷が避けられる。この自
由収縮はまた、プラスチック・フィルムが、一般に対向
ニップ・ロールの使用に際して起るように、応力化また
は配向化されることを防ぐ、この応力化または配向化は
、周囲温度が変化する場合で、とりわけウェブが薄いと
き、得られるウェブのゆがみをしばしばもたらす。

気体カーテンまたはその他の流体圧手段の伝熱性は、よ
り大きな線速度を許し、同時に像付きプラスチック・フ
ィルムを充分に冷却する。実質的に垂直方向をもって回
転円筒上に向けられる気体カーテンは、殆んど摩擦を生
じないので、ウェブのしわ寄りあるいは破断の可能性を
伴わずに非常に薄いゲージの像付きフィルムを作成する
ことができる。薄いゲージの可塑性フィルムを使用すれ
ば、ウェブの像をもたない側面から、その側面をみがき
仕上げする必要なしに、像を満足に見ることができる。

この性質が望ましいのは、ある種の製品用途では、像付
きプラスチック・フィルムの背面から像を観察すること
を必要とするからである。薄いゲージのフィルムはまた
、一定量のプラスチックから像付きフィルムを一層多量
に作ることができ、そして各生産ロールに像付きフィル
ムの一層多くの面積を収容することができるから、より
高い経済性をもつことになる。フィルムの金属被覆法お
よび類似の変換方法は、大きな面積の生産ロールを使用
すれば、これらの非常に高いコストを必要とする方法の
中断回数を減少させるために、費用の経費効率を高める
ことになる。

対向する機械圧ニップ・ロールの代りに気体カーテンま
たは他の同等の流体圧手段を使用すれば、プラスチック
・フィルムに加える圧力が大幅に減少し、しかも多くの
プラスチック・フィルムは液体の状態では潤滑材である
。これら２７１７）理由から、像付き成形用具に加える
圧力は無視することができ、そしてその結果像付き成形
用具の変形もしくは摩耗の量は無視できるものとなる。

か（して、プラスチックと像付き成形用具とが化学反応
性材料から作られていない限り、像付き成形用具は長い
、有用な寿命をもつ。

気体カーテンまたはその他の流体圧手段は、種々の円周
径をもつ回転円筒に適用することができ、しかも像付き
プラスチック・ウェブに適用される場合さまざまの円周
径をもつ対向ニップ・ロールの使用に内在する差動表面
速度からもたらされる剪断応力を伴なわない、そのよう
な剪断応力は複製像をゆがめたり、よごしたりすること
がある。

これに反して、本発明による流体圧の適用は、平面以外
の形状をもつ像付きフィルムの生産を可能にする。

本発明の精神を逸脱しない変形および均等物は本発明に
属するものであると理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい実施態様に従う、像複製用
の適当な装置の配列を示す模式的流れ図である。 第２図は、第１図と同様に、本発明による複製用の装置
の別の配列の模式的流れ図である。 第３図は、本発明による像複製における流体圧を与える
ための装置の第２の形を示す模式的流れ図である。 第４図は、本発明の実施態様に従う、像付き成形用具上
の熱可塑性材料のフィルムに向けられそしてそのフィル
ム反射される流体の経路を示すために部分的に拡大した
説明図である。 第５図は、第１図と同様に、本発明による像複製におけ
る流体圧を加えるための弾力性手段の別。 の具体的態様を示す流れ図である。 第６図は、像付き成形用具と接触する、第５図の弾力性
流体加圧手段の想定される形状を示す部分的に拡大した
説明図である。 １１・・・押出機、　　　１２・・・熱可塑性材料、１
３・・・流体、　　　　１４・・・像付き成形用具、１
６・・・回転円筒、　　　２１・・・遊びロール。 以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）その軟化点以上の温度にある熱可塑性材料と
   、所望の表面特性が自身の上に存在する成形用具の表面
   とを接触させ、 （ｂ）前記の熱可塑性材料が前記成形用具と接触してい
   る間に、その像付き成形用具と接触していない前記の可
   塑性材料の側面に流体圧力を加え、（ｃ）熱可塑性材料
   をその軟化点以下まで冷却し、そして、 （ｄ）成形用具からの複製像をもつ熱可塑性材料を成形
   用具から分離する ことを含んでなる表面特性の複製方法。 ２、工程（ｂ）において流体圧力を加えるために液体を
   使用する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、工程（ｂ）において流体圧力を加えるために気体を
   使用する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、工程（ｂ）において流体圧力を加えるために空気を
   使用する、特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５、熱可塑性材料のフィルムと実質的に直角をなす平面
   内において、気体と熱可塑性材料とを接触させる、特許
   請求の範囲第３項記載の方法。 ６、熱可塑性材料のフィルムと実質的に直角より小さい
   角度をなす平面内において、気体と熱可塑性材料とを接
   触させる、特許請求の範囲第３項記載の方法。 ７、工程（ｂ）において流体圧力を加えるために、可撓
   性容器内に閉じ込めた気体または液体を使用する、特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ８、可塑性材料が、室温よりわずかに高い軟化点を示す
   ものである、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９、可塑性材料が、その定常状態において半透明なもの
   である、特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０、可塑性材料が、その定常状態において透明なもの
   である、特許請求の範囲第１項記載の方法。