フィルム状の対象物の表面処理方法

【課題】非接触で微細な削り作用による表面処理を選択的に行うことができ、特別な走査動作は必要なく一般的な手順により所定パターンの平滑面を容易に仕上げることができるフィルム状の対象物の表面処理方法を提供すること
【解決手段】磁界発生源の永久磁石２０を研磨バイトの先端に設けて駆動手段へ連係させ、対象物１は支持台４の上に載せて支持し、永久磁石を非接触に対面させる。支持台４には表面に硬質部位（凸部４０）と非硬質部位（凹部４１）とを所定パターンに設ける。永久磁石に回転等の運動動作を行わせるとともに、対象物の表面を順次になぞっていく移動動作を行わせ、通常の一般的な走査動作を行う。永久磁石の近辺には磁気研磨液３を供給し、磁界により生じた磁気クラスタにより流体研磨を行う。硬質部位と非硬質部位とでは研磨の作用が相違し、表面処理を選択的に行うことができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルム状の対象物の表面処理方法に関するもので、より具体的には、薄膜で所定幅のフィルム状の対象物に対して、非接触で微細な削り作用による表面処理を行うことで選択的な削り作用を行なう技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属リボンや樹脂フィルムなど、薄膜で所定幅のフィルム状の対象物にあっては、製造の際には表面性状の改質を行う表面処理が必要であり、その表面について研磨や洗浄および清浄等の表面処理が行われている。
【０００３】
表面処理の一つには鏡面仕上げがあり、上述したフィルム状の対象物でも重要な表面処理となる。つまり、部材表面の鏡面仕上げは外観の美しさを得ることはもちろん、コーティング等の仕上げ工程前の下地作りといった目的から重要となっている。
【０００４】
しかし、フィルム状の対象物は薄膜であるため、わずかな力ですぐにシワができ、扱いが難しいという問題がある。例えばポリッシングパッドなど工具を接触させる加工方法は、押さえ力を加えることから対象物に大きな応力が生じ、鏡面仕上げの加工が適正に行えない。
【０００５】
鏡面仕上げが行い得る精密研磨の技術として、いわゆる磁気研磨法と呼ばれる技術がよく知られている。これは、磁性流体（ＭＦ：ＭａｇｎｅｔｉｃＦｌｕｉｄ）や磁気粘性流体（ＭＲＦ：ＭａｇｎｅｔｏＲｈｅｏｌｏｇｉｃａｌＦｌｕｉｄ）を研磨粒子と混合させ、磁界により混合液を運動させることで研磨を行っている。
【０００６】
研磨バイトには永久磁石を備えて磁界発生源とし、その研磨バイトの周りに磁気研磨液（ペースト材料）を付着させると、磁気吸引力によりＭＦやＭＲＦ中の強磁性粒子（例えば、鉄粒子），マグネタイト粒子が、多数凝集して磁気クラスタを形成する。この磁気クラスタは、磁束に沿うので対象物に対立して針状に多数が立ち並ぶ態様を採る。これにより、磁気研磨液が研磨バイトに付着して磁気ブラシとなる。
【０００７】
磁気ブラシあるいは対象物が回転動作することにより、両者間の相対運動により磁気ブラシが対象物の表面を接触した状態で移動する。その結果、対象物の表面の凹凸は研磨粒子を伴う磁気ブラシが研磨し、より平滑な表面を得ることができ、非接触の流体研磨が行える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、金属リボンや樹脂フィルムなど、フィルム状の対象物の表面処理については、当該表面の所定部位を部分的に表面処理をしたいという要求がある。つまり、表面全域を均一に平滑面とするのではなく、表面処理を選択的に行うことにより平滑面を所定パターンに仕上げたいという要求がある。これは対象物に対する研磨バイトの走査動作を、要求パターンに対応させて制御することで加工が行えるが、その場合、走査動作の制御が煩雑になり、ｘ軸，ｙ軸の制御シーケンスのセットアップに手間がかかる問題がある。
【０００９】
この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、非接触で微細な削り作用による表面処理を選択的に行うことができ、特別な走査動作は必要なく一般的な手順により所定パターンの平滑面を容易に仕上げることができるフィルム状の対象物の表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明に係るフィルム状の対象物の表面処理方法は、（１）フィルム状の対象物に対して磁界発生源を非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気ペーストを連動し、磁界により生じた粒子集団の微細な削り作用による表面処理を行う方法であって、フィルム状の対象物は支持台の上に載せて支持し、支持台にはフィルム状の対象物を載せる表面に硬質部位と非硬質部位とを所定パターンに設けるようにする。
【００１１】
また、（２）非硬質部位は、くぼませて何もない凹所部位とする。あるいは（３）非硬質部位は、ゴム板等の弾性材料を配置した弾性部位とすることもよい。
【００１２】
磁気ペーストは、（４）フェライト粒子等の磁性粉末と、水または有機溶剤などの溶媒を混合させて含む組成とし、（５）微細な削り作用を発揮する砥粒として、軟磁性焼結体を混合させて含む組成とすることができる。あるいは（６）磁性粉末が、軟磁性焼結体である組成にすることもよい。
【００１３】
本発明では、支持台の表面に硬質部位と非硬質部位とを所定パターンに設けるので、フィルム状の対象物に対する支持の状態が場所に応じて相違し、硬質部位では応力ベクトル（反発力）がはたらき、非硬質部位では反発力がほとんど得られない。非接触に対面させた磁界発生源は、近辺の磁気ペーストから磁界の作用による粒子集団を凝集し、それらが微細な削りを行う磁気ブラシとなり、対象物に対して磁化ベクトルを作用する。この磁化ベクトルに対して、硬質部位では応力ベクトルがはたらくので磁気ブラシによる研磨の作用が得られる。しかし、非硬質部位では応力ベクトルがほとんど得られないので磁気ブラシによる研磨の作用がほとんどない。このため、硬質部位と非硬質部位とでは研磨の作用が相違し、微細な削りの作用量に差が生じるので表面処理を選択的に行うことができる。このとき、磁界発生源の走査動作は対象物の表面を順次になぞっていく通常の走査動作を行うことでよい。
【００１４】
非硬質部位は、応力ベクトルが低減する構成であればよいので、（２）所定にくぼませて何もない凹所部位としたり、（３）ゴム板等の弾性材料を配置した弾性部位とするなど、適宜に構成できる。非硬質部位を弾性部位とすると、フィルム状の対象物の裏面に接触した支持になるので、表面処理の作業において位置ズレなどすることなく安定に保持することができるので好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るフィルム状の対象物の表面処理方法では、磁気ペーストに発生させた磁気クラスタにより流体研磨を行うものであり、フィルム状の対象物を支持した支持台には、表面に硬質部位と非硬質部位とを所定パターンに設けるので、フィルム状の対象物に対する支持の状態が場所に応じて相違する。このため、硬質部位と非硬質部位とでは研磨の作用が相違し、微細な削りの作用量に差が生じるので表面処理を選択的に行うことができる。このとき、磁界発生源の走査動作は対象物の表面を順次になぞっていく通常の走査動作を行うものでよい。
【００１６】
したがって、非接触での流体研磨による表面処理では、支持台の所定パターンに対応させて選択的に微細な削りが行え、特別な走査動作は必要なく一般的な手順により所定パターンの平滑面を容易に仕上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の好適な一実施の形態を示している。本形態において、微細な削り作用による表面処理を行う構成には磁界発生源（永久磁石２０）を有する柱状の研磨バイト２を備え、対象物１に対して研磨バイト２を非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気ペースト（磁気研磨液３）を連動し、磁界により生じた粒子集団（磁気クラスタ）の微細な削り作用による表面処理を行うようになっている。
【００１８】
対象物１としては、金属リボンや樹脂フィルムなど、厚さ数十μｍから数百μｍ程度の薄膜で所定幅のフィルム状の対象物を想定している。この対象物１は支持台４の上に載せて支持し、支持台４には対象物１を載せる表面に硬質部位と非硬質部位とを所定パターンに設けている。本実施形態では、図２，図３に示すように、支持台４の表面に凸部４０と凹部４１とを所定パターンに形成しており、表面が凹凸であるため対象物１は凸部４０へ接触する。つまり、凸部４０が硬質部位となり凹部４１が非硬質部位になっている。
【００１９】
研磨バイト２は、先端に永久磁石２０を設けて磁界の発生源とし、他方端の軸部を駆動手段５と連係し、その駆動手段５の駆動により回転動作させるようになっている。そして回転動作に伴って、対象物１と対面した姿勢で平面について移動動作を行い、対象物１の表面に対して走査動作する構成になっている。研磨バイト２には、単に回転動作を行わせるのではなく、例えば正転，逆転の動作を繰り返す反転動作や、当該軸方向に振動動作を行わせるなど、適宜な運動動作を行うようにしてもよい。
【００２０】
磁界発生源は永久磁石２０には限らず、例えば電磁石なども好ましく適用でき、磁気研磨液３に対して磁界を作用するものであればよい。磁界の発生は時間的に定常的である必要はなく、時間的に変動的な磁界を発生させることもよい。
【００２１】
駆動手段５には、例えばＮＣ工作機を用いることができ、ボール盤，旋盤，ＮＣ旋盤，フライス盤などの回転軸（チャック部）に研磨バイト２の軸部を取り付けて、着脱を行うようにする。駆動手段５は、支持台４の表面に沿う直交方向をｘ軸，ｙ軸とするとき、少なくともｘ軸，ｙ軸について多軸制御の機能を有するものとし、当該駆動手段５を起動することにより研磨バイト２には回転動作およびｘ軸，ｙ軸について所定に移動する運動動作を行わせる。もちろん、ｚ軸方向について運動動作させるなど、３軸以上の多軸制御が行えるようにしてもよい。
【００２２】
研磨バイト２の回転動作では、先端の永久磁石２０をむやみと高速回転させることは研磨が過剰になりムラに仕上がる等の不良を起こす問題があるため、平滑面を良好に得るには、当該回転における外周速度を０．１ｍ／ｓから０．４ｍ／ｓとすることが好ましい。そして、対象物１に対して永久磁石２０の対面間隔は、０．２ｍｍから１ｍｍとすることが好ましい。
【００２３】
磁気研磨液３は、磁性粒子および溶媒との２成分を含む。溶媒には植物油脂などを用いている。この磁気研磨液３は対象物１と研磨バイト２との狭間へ供給手段により供給するようになっている。
【００２４】
磁性粒子には、フェライト粒子などの軟磁性焼結体や鉄粉等の金属粒子などを用いることができる。フェライト粒子は酸化鉄を主成分とするセラミックスであり大半が強磁性を示し、磁化を持つため磁界をかけることで当該粒子は磁気クラスタを形成する。鉄粉等の磁化し得る金属粒子でも同様であり、磁界をかけることで当該粒子は磁気クラスタを形成する。そして、セラミックスであるフェライト粒子や鉄粉等の金属粒子は、フィルム状の対象物１に対しては十分に硬く、したがって研磨のための砥粒として機能させることができ、磁気クラスタそのものが、微細な削り作用による表面処理を行うための磁気ブラシとなる。
【００２５】
磁気研磨液３には樹脂粒子をさらに混在させてもよい。この場合、樹脂粒子は溶媒に溶解しない不溶解性で低融点の樹脂材料から形成し、樹脂粒子の形状は例えば球形状とすればよく、あるいは繊維状等の非球形状に形成してもよい。植物油脂に溶解しない樹脂材料では、例えばポリエチレン（ＰＥ），ポリスチレン（ＰＳ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが利用できる。この樹脂粒子の形状は、球形の他に繊維状等の非球形粒子でもよい。
【００２６】
研磨バイト２の運動動作は上述したように、単なる回転動作や正転，逆転を繰り返す反転動作など、所定の運動動作を行わせ、そして対面する対象物１に対しては図４に示すように、表面を順次になぞっていく移動動作を行わせ、通常の一般的な走査動作を行う。このとき、研磨バイト２（永久磁石２０）の近辺には磁気研磨液３を供給しておく。
【００２７】
研磨バイト２と対象物１との間には磁気研磨液３が存在し、当該磁気研磨液３はフェライト粒子や鉄粉など磁性粒子を含み、永久磁石２０により磁気研磨液３に時間的に定常的あるいは変動的な磁界が加わると磁気クラスタが生成する。つまり、磁気研磨液中のフェライト粒子や鉄粉など磁性粒子が、磁気吸引力により多数凝集して磁気クラス夕となる。そして、フェライト粒子や鉄粉など磁性粒子は研磨のための砥粒として機能し、磁気クラスタそのものが、微細な削りを行う磁気ブラシとなる。磁気ブラシは、磁束に沿って対象物１に対立して針状に多数が立ち並び、砥粒作用を行うフェライト粒子が対象物１の表面に抑えつけられる。このとき、研磨バイト２は走査動作することから、フェライト粒子は対象物１の表面上を接触しつつ運動して微細な削りを行う。これにより、非接触の微細な削り作用による表面処理を行うことができる。
【００２８】
本発明では、支持台４の表面に凸部４０（硬質部位）と凹部４１（非硬質部位）とを所定パターンに設けるので、フィルム状の対象物１に対する支持の状態が場所に応じて相違し、硬質部位では応力ベクトル（反発力）がはたらき、非硬質部位では反発力がほとんど得られない。
【００２９】
非接触に対面させた磁界発生源２０は、図３（ａ）に示すように、近辺の磁気研磨液３（磁気ペースト）から磁界の作用による磁気クラスタ（粒子集団）を凝集し、それらが微細な削りを行う磁気ブラシとなり、対象物１に対して磁化ベクトルを作用する。この磁化ベクトルに対して、硬質部位では応力ベクトルがはたらくので磁気ブラシによる研磨の作用が得られる。しかし、非硬質部位では応力ベクトルがほとんど得られないので磁気ブラシによる研磨の作用がほとんどない。
【００３０】
このため、硬質部位と非硬質部位とでは研磨の作用が相違し、微細な削りの作用量に差が生じるので表面処理を選択的に行うことができる。このとき、磁界発生源２０の走査動作は対象物１の表面を順次になぞっていく通常の走査動作を行うものでよい。その結果、図３（ｂ）に示すように、非接触で微細な削り作用による表面処理を選択的に行うことができ、特別な走査動作は必要なく一般的な手順により所定パターンの平滑面を容易に仕上げることができる。
【００３１】
また対象物１には、例えば水晶を薄膜とした薄膜水晶板なども好ましく、その表面を部分的に処理することができる。
【００３２】
上述したように、磁気研磨液３は組成を軟磁性焼結体（フェライト粒子）や鉄粉など磁性粒子および溶媒を含むものとするので、フェライト粒子や鉄粉など磁性粒子は、いわゆる磁気研磨において磁気クラスタを形成する機能と、研磨のための研磨材（砥粒）の機能を発揮することになる。すなわち、磁気クラスタそのものが、微細な削りを行う磁気ブラシとなり、砥粒であるフェライト粒子や鉄粉など磁性粒子は永久磁石２０の磁界により磁気ブラシ内に留まり染み出すことがない。したがって、加工面の汚染がなく、砥粒の減少がないため、微細な削り作用による表面処理を高効率に行うことができる。
【００３３】
（実験による検証その１）
図１に示す微細な削り処理のための構成により試料の研磨を行った。つまり、表面処理に関する本発明の効果を実証するため、所定の研磨条件において対象物１（試料）の研磨を行い、研磨後の表面粗さＲａ（算術平均粗さ），Ｒｙ（最大粗さ）を評価した。
【００３４】
磁気研磨液３は、組成として磁性粉末の混合物８０％で植物油脂２０％とし、これらを均一に混合することにより調製した。試料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ１００μｍのごく薄いフィルム状の対象物とし、表面にはサンドブラスト処理によりキズを付けて最大粗さＲｙ＝１０μｍとしてあり、その表面の研磨を行った。
【００３５】
支持台４は、アクリル樹脂から形成して外形寸法を縦６０ｍｍ，横４０ｍｍ，厚さ１０ｍｍとし、表面の硬質部位は高さ５００μｍの凸部とし、これは図２に示すように所定のパターンに形成した。
【００３６】
研磨バイト２は先端に外径１０ｍｍのネオジウム磁石（永久磁石２０）を固着させたものとし、その永久磁石２０が対象物１に対して間隔０．３ｍｍで対面する高さ位置に調整し、研磨バイト２には回転数５００ｒｐｍの回転動作を行わせた。そして、研磨バイト２には対象物１に対して平面方向で走査動作を行わせており、走査動作は図４に示すように幅７０ｍｍの移動を０．１ｍｍピッチで往復移動するようにした。
【００３７】
以上の条件により所定時間の研磨を行い、研磨が完了した後に試料の表面について測定を行った。測定はまず、キーエンス社製の三次元レーザー形状測定器を使用し、横ステップ６０μｍ，縦ステップ１２０μｍのスキャンニングを行い、スキャンデータは色分け表示の画像処理を行った。次に、テンコール社製の表面粗さ段差計（触針式）を使用して表面粗さを測定した。その結果、図５（ａ），（ｂ）に示す結果を得た。図５（ａ）は試料表面のレーザスキャン画像データ、図５（ｂ）は表面粗さの測定結果のグラフである。図５（ａ）には３つの区分（１−１，２−２，３−３）を図示してあり、各区分でのＲｙ（最大粗さ）は、
区分１−１Ｒｙ＝１０．９４μｍ
区分２−２Ｒｙ＝９．５１μｍ
区分３−３Ｒｙ＝８．２６μｍ
という結果を得た。図５（ｂ）において、グラフデータが湾曲している理由は、測定の際に試料（フィルム状の対象物）が平坦ではなく、しなっていたことによる。
【００３８】
図６は、試料の表面をレーザスキャンした画像データであり、表面粗さの測定ポイントを示している。同図に示す非選択部が支持台４の非硬質部位（凹部４１）と対応し、選択部ａ，選択部ｂが支持台４の硬質部位（凸部４０）と対応している。試料の表面粗さＲａ（算術平均粗さ），Ｒｙ（最大粗さ）は処理前は図７に示すように、
Ｒａ＝０．６９０μｍ
Ｒｙ＝８．４３０μｍ
という値であったが、研磨した後では非選択部は図８に示すように、
Ｒａ＝０．３１８μｍ
Ｒｙ＝３．１１５μｍ
であり、選択部ａは図９に示すように、
Ｒａ＝０．１７３μｍ
Ｒｙ＝０．７７４μｍ
であり、選択部ｂは図１０に示すように、
Ｒａ＝０．０４１μｍ
Ｒｙ＝０．３５９μｍ
となったことを確認した。
【００３９】
以上のことから、非選択部に対して選択部ａ，選択部ｂでは表面粗さは明らかに低減したレベルを得ており、表面の研磨を選択的に良好に行うことができる。その結果、鏡面仕上げ等の表面処理を効率よく行うことができ、フィルム状の対象物の表面に対して所定パターンの平滑面を容易に仕上げできることを確認した。
【００４０】
（支持台の他例）
図１１は、本発明に係る支持台の他例を説明する側面図であり、（ａ）は微細な削り処理の様子を示し、（ｂ）は微細な削り処理が完了した後の様子を示している。
【００４１】
支持台４は、上述した図２，図３に示す構成には限らず、適宜に変更できる。図１１に示すものでは、所定にくぼませた凹所部位にゴム等の弾性部材６を配置しており、この弾性部位が非硬質部位になっている。
【００４２】
非硬質部位は、応力ベクトルが格段に低減した構成であればよいので、ゴム板等の弾性材料６を配置した弾性部位とするなど、適宜に構成できる。非硬質部位を弾性部位とすることでは、対象物の裏面に接触した支持になるので、表面処理の作業において位置ズレをすることなく安定に保持するという点で好ましい。
【００４３】
この図１１に示す支持台４についても本発明の効果を実証するため、所定の研磨条件において対象物１（試料）の研磨を行い、研磨後の表面粗さＲａ（算術平均粗さ），Ｒｙ（最大粗さ）を評価したところ、上述した図３に示す支持台４と同等の効果が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の好適な一実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明に係る支持台を示す斜視図である。
【図３】フィルム状の対象物に対する微細な削り作用を説明する側面図であり、（ａ）は微細な削り処理の様子を示し、（ｂ）は微細な削り処理が完了した後の様子を示している。
【図４】支持台の平面図であり、微細な削り処理における走査動作を矢印で示している。
【図５】試料の表面をレーザスキャンした画像データ（ａ）および表面粗さの測定結果のグラフ（ｂ）である。
【図６】試料の表面をレーザスキャンした画像データであり、表面粗さの測定ポイントを示している。
【図７】試料について表面粗さの測定結果を示すグラフであり、微細な削り処理前の表面粗さを表示している。
【図８】試料について表面粗さの測定結果を示すグラフであり、図６に示す非選択部での表面粗さを表示している。
【図９】試料について表面粗さの測定結果を示すグラフであり、図６に示す選択部ａでの表面粗さを表示している。
【図１０】試料について表面粗さの測定結果を示すグラフであり、図６に示す選択部ｂでの表面粗さを表示している。
【図１１】本発明に係る支持台の他例を説明する側面図であり、（ａ）は微細な削り処理の様子を示し、（ｂ）は微細な削り処理が完了した後の様子を示している。
【符号の説明】
【００４５】
１対象物（フィルム状の対象物）
２研磨バイト
３磁気研磨液
４支持台
５駆動手段
６弾性部材
２０永久磁石（磁界発生源）
４０硬質部位
４１非硬質部位

【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状の対象物に対して磁界発生源を非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気ペーストを連動し、磁界により生じた粒子集団の微細な削り作用による表面処理を行うフィルム状の対象物の表面処理方法であって、
前記フィルム状の対象物は支持台の上に載せて支持し、
前記支持台には前記フィルム状の対象物を載せる表面に硬質部位と非硬質部位とを所定パターンに設けることを特徴とするフィルム状の対象物の表面処理方法。
【請求項２】
前記非硬質部位は、くぼませて何もない凹所部位とすることを特徴とする請求項１に記載のフィルム状の対象物の表面処理方法。
【請求項３】
前記非硬質部位は、ゴム板等の弾性材料を配置した弾性部位とすることを特徴とする請求項１に記載のフィルム状の対象物の表面処理方法。
【請求項４】
前記磁気ペーストは、フェライト粒子等の磁性粉末と、水または有機溶剤などの溶媒を混合させて含む組成とすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のフィルム状の対象物の表面処理方法。
【請求項５】
前記磁気ペーストは、微細な削り作用を発揮する砥粒とし、軟磁性焼結体を混合させて含む組成とすることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のフィルム状の対象物の表面処理方法。
【請求項６】
前記磁性粉末が、軟磁性焼結体である組成とすることを特徴とする請求項４に記載のフィルム状の対象物の表面処理方法。

【図１】