JPH0625000B2

JPH0625000B2 - 固体表面処理方法

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Publication number: JPH0625000B2
Application number: JP19599690A
Authority: JP
Inventors: 和夫石橋
Original assignee: NIPPON DEIJITARU IKUITSUPUMENTO KK
Current assignee: NIPPON DEIJITARU IKUITSUPUMENTO KK
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1994-04-06
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: JPH0483738A; US5198073A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、固体表面処理方法に関し、特に、ガラス、ア
ルミ、セラミック等の固体の表面に多数の微小な凹部を
形成する固体表面処理方法に関するものである。

従来の技術従来、固体表面の粗さを制御するための固体表面処理方
法として、次のような方法があった。

(a) 研摩方法エメリーテープで固体表面を摩擦して表面に微小な凹凸
を形成（テクスチャリング）することで目標とする表面
粗さを得る。

(b) ブラスタリング方法固体表面に、微小な粒子（ブラスト剤）を水または圧縮
空気により吹き付けて微小な凹凸を形成することで目標
とする表面粗さを得る。

(c) フォトエッチング方法感光剤を塗布した固体表面に、表面の凹凸パターンを記
録した原版の映像を露光した後、溶剤で感光剤を除去す
る。光の当たった部分の感光剤は、化学変化して不溶性
となるので除去されず、固体表面にマスクを形成する。
次に、腐食性の薬剤を固体表面に作用させた後、マスク
を除去する。マスクに覆われていた部分は、腐食されず
に残るが、マスクの無かった部分は、腐食されて凹部と
なる。このようにして微小な凹凸を形成することで目標
とする表面粗さを得る。

発明が解決しようとする課題前述した(a)項の研摩方法や(b)項のブラスタリング方法
では、凹凸の形状、深さ、間隔等を制御することが難し
く、また一様性についても十分ではない。また、固体の
材質にガラスやセラミック等を用いる場合、このような
機械的な方法では、表面にクラック（亀裂）が発生する
恐れがある。さらに、(a)項の研摩方法では、複雑な曲
面には加工できない。

一方、前述した(c)項のフォトエッチング方法では、凹
凸の形状、深さ、間隔、一様性等を精密に制御できる
が、工程が多くなり、大量且つ短時間の処理にはむかな
い。フォトエッチングの分解能は、最も精密な装置を用
いても数ミクロン程度が現実的であるので、形成できる
凹部の大きさもこの程度より微小にはできない。また、
密着露光するにしろ、投影露光するにしろ、複雑な曲面
には露光できない。

本発明の目的は、前述したような従来の技術の問題点を
解消しうるような固体表面処理方法を提供することであ
る。

課題を解決するための手段本発明の固体表面処理方法によれば、表面処理すべき固
体表面上に揮発溶媒に溶かしたプラスチックの希薄溶液
の層を、その固体表面上の全体に亘って分散した多数の
微小な液滴を含むようにして形成した後、その揮発溶媒
を揮発させることにより、多数の微小穴を有するプラス
チック膜を前記固体表面上に形成し、該プラスチック膜
をマスクとして前記固体表面のエッチングを行なうこと
により、固体表面に多数の微小凹部を形成することがで
きる。

実施例次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例について本
発明をより詳細に説明する。

先ず、第１図から第５図の概略断面図を参照して、本発
明の固体表面処理方法を、その一例について原理的に説
明する。

本発明の固体表面処理方法により、ある固体表面に多数
の微小な凹部を形成するには、先ず、第１図に示すよう
に、固体１の表面に撥水剤を吸着させることにより撥水
剤吸着層２を形成し、固体１の表面を露点以下に冷却し
てから室温大気にさらすことにより、固体１の表面上に
多数の微小水滴３を生じさせる。このような微小水滴３
は、水を固体１の表面に噴霧することによっても生じさ
せることができる。撥水剤吸着層２を形成するのは、水
滴が固体１の表面で濡れ広がって偏平になってしまうの
を防ぐためである。次に、第２図に示すように、揮発性
の有機溶媒に溶かしたプラスチック希薄溶液を固体１の
表面に上に濡らし広げて、プラスチック希薄溶液の層４
を形成する。または、この溶液中に固体表面を浸した後
に引き上げても同様な層が形成される。その後、溶媒が
揮発すると、第３図に示すように、薄いプラスチックの
膜５ができ水滴に対応した位置に円形の孔６が生じる。
この多数の微小な孔６のあいたプラスチック膜５をマス
クとして、固体１の表面の材質に応じた適当な酸でエッ
チング処理することにより、第４図に示すように、プラ
スチック膜５の孔６に対応する固体１の表面部分がエッ
チングされる。最後に、有機溶媒および純水で洗浄して
プラスチック膜５および撥水剤吸着層２を取り除くこと
により、第５図に示すように、多数の微小な円形凹部７
を有する固体表面が得られる。

前述のようなプラスチック膜のマスクを形成するには、
次のような方法を用いても良い。まず、撥水処理をした
固体表面を、露点付近まで冷却したプラスチックの揮発
溶液中に浸した後に引き上げ、固体表面にプラスチック
溶液の層を形成する。プラスチック溶液の溶媒が蒸発す
る際の気化潜熱により、溶液表面の温度が露点以下に下
がり、大気中の水分が溶液表面に結露して水滴を生じ
る。水滴の下の揮発溶液は、大気に接していないので、
蒸発できない。つまり、水滴の下にあるかぎりは液体で
あり、流動的である。この部分の液体は、水滴の下から
のがれるように流動して、大気に触れたところで蒸発す
るしかない。結果的に、揮発溶液がすべて蒸発した後に
形成されるプラスチック膜には、水滴のあった部分に穴
が残り、前述のようなプラスチック膜のマスクが形成さ
れる。このマスク形成法によれば、水滴の形成とプラス
チック溶液の蒸発とが兼ねられることになり、工程上有
利である。以降は、前述の工程と同じである。

このような本発明の固体表面処理方法によれば、円形凹
部７の間隔および直径は、微小水滴の間隔および直径を
変えることで制御できる。水滴の間隔は、撥水剤の踈水
性の強弱できまり、踈水性の強い方が間隔は狭くなる。
また、水滴の直径は、露点と固体表面の冷却温度との差
できまり、差が大きい方が直径は大きくなる。このよう
な条件の設定により、フォトエッチングによるよりはる
かに微小な、最小１００分の数ミクロンから孔６の大き
さを均一に制御できる。凹部７の深さは、エッチングに
使用する酸の濃度あるいはエッチング時間を変えること
で制御できる。以上の方法により、微小凹部７の間隔、
直径、深さ等を広い範囲で制御できる。このようにして
形成された凹部７は、原理的に固体表面に対して等方的
である。

清浄な金属面やガラス面は水滴が濡れ広がり易いので、
一般的には、前述したように撥水処理が必要となる。し
かし、固体材質が撥水性のものであるときには、撥水処
理は必ずしも必要ではない。それでも、固体の材質固有
の撥水性に依存して決まる水滴の間隔以外の間隔を得た
い場合には、やはり、前述のように撥水剤により水の間
隔を制御する。

なお、前述の例では、排水剤吸着層上に微小な水滴を生
じさせたのであるが、本発明は、これに限らず、処理す
べき固体表面上にプラスチック溶液と溶け合わない微小
な液滴を生じさせることができるような液体であれば、
水以外の適当な液体を使用することができるものであ
る。

次に、前述したような本発明の固体表面処理方法の原理
に基づき、種々な固体表面を処理するより具体的な例に
ついて説明する。

具体例１（磁気ディスクの表面処理）磁気ディスク装置等においては、高速で回転するディス
クにより形成される気体潤滑面によりヘッドを浮上させ
る。この場合に記録密度を増加させるには、磁気ヘッド
の濡上高さをできるだけ低くすることが有効である。そ
のため磁気ディスク用基板には、表面の平滑性が優れた
ものが要求される。しかし、コンタクト・スタート・ス
トップ方式（ディスク静止時には、ヘッドがディスク表
面に接触している方式）で記録を行う場合、磁気ディス
ク媒体の表面があまり平滑すぎると磁気ヘッドとの接触
時に摩擦抵抗が大きくなって、ディスクおよびヘッド表
面に傷が発生する原因となり、また、媒体表面に塗布さ
れている液体潤滑剤あるいは雰囲気中の水分によってデ
ィスク静止時にヘッドが吸着現象が起きることがある。
また、始動トクルも増大する。これらの不都合な現象を
防ぐために、ディスク媒体は適度な表面粗さを持ってい
ることが必要である。

このような表面粗さを与える手段として、従来、エメリ
ーテープにより研摩が行われているが、前述したような
問題があったのである。そこで、本発明の固体表面処理
方法は、前述したような原理によるため、磁気ディスク
媒体の材質、膜厚、ヘッドの材質および表面形状等に最
適な間隔、直径、深さの微小凹部を形成することができ
るため、本発明の固体表面処理方法を適用することによ
り、従来技術による問題点を克服し、摩擦特性、摩耗特
性、始動特性にすぐれ、ヘッドの吸着現象の起こりにく
い磁気ディスク基板を提供できる。

その具体的な処理方法について説明するに、基板には、
ソーダライムガラスを用い、純水により超音波洗浄を施
したガラス基板を撥水剤中に３０分間保持してから乾燥
させた。撥水剤には、ジステアリルジメチルアンモニウ
ムクロライドの０．０３重量％水溶液を用いた。撥水剤
処理したガラス基板を露点（室内温度２０℃、相対湿度
６０％のときに約１２℃）よりも数度低い温度まで冷蔵
庫で冷却してから室内に取り出した。このガラス基板を
垂直に保持したままセルロースアセトブチレート（プラ
スチック）の０．３重量％酢酸エチル溶液に浸した後、
すぐに引き上げて乾燥させた。これを微分干渉顕微鏡で
観察したところ、直径約２ミクロン、間隔約４ミクロン
の円形の孔がプラスチック膜上に一様に分布していた。
このようなプラスチックのマスクを作る他の方法とし
て、前述の撥水処理をしたガラス基板を、１４℃に保っ
た前記プラスチック溶液中に浸した後引き上げ、溶液表
面に水滴を生じさせ、溶液を乾燥させたら、前記プラス
チック膜上の孔とほぼ同じ直径と間隔の孔を持つプラス
チック膜が得られた。前述したように、これら孔の大き
さおよび間隔は、それぞれ基板の冷却の程度と撥水剤の
濃度を調整することによって変えることができる。次
に、このガラス基板を０．１重量％のフッ化水素酸によ
り４分間エッチングし、その後、アセトンおよび純水に
より超音波洗浄してプラスチック膜および撥水剤吸着層
を取り除いたところ、プラスチック膜にあった孔と同じ
直径で深さ約５００オングストロームの円形凹部を持つ
ガラスディスク基板が得られた。

具体例２（光ファイバの表面処理）本発明の固体表面処理方法の原理によれば、１００分の
数ミクロンという微細な凹部を形成でき、表面の処理も
できるので、光ファイバの周囲面の表面処理にも適用で
きる。

光ファイバの束で光源から光を導き入れ、目的とする部
分で光を散乱させる場合、その部分のファイバ表面を適
度に傷付けることにより、ファイバから光を少しづつ漏
れさせる方法が有効なことがある。これは、例えば、光
合成バイオリアクタといわれる装置に用いられる。光合
成バイオリアクタは、培養液中に光を導き入れ、培養液
中の藻の光合成を促進することにより、藻の育成、二酸
化炭素の吸収、水素の発生等を行なうものである。大規
模に行なうためには、水槽も深く大きなものとなるが、
培養液はあまり光を透過しないので、光ファイバにより
培養液中に光を散乱させる。藻が繁茂してくると、光を
遮るようになり、光合成の効率が低下する。特定方向か
ら光を照射すると、影ができる。藻が繁茂しても、光合
成に最も適した光量が藻全体に万遍なく照射されること
が必要である。そのためには、周面に微細な傷をつけた
光ファイバの束を水槽内部に導き入れる。この周面に付
けた傷により、光ファイバから少しづつ光が漏れて散乱
する。こうして、光ファイバの束全体からは、あらゆる
方向に光が照射され、水槽内部が均一に照明される。光
ファイバの引き回しを工夫することにより、藻が繁茂し
ても影ができないようにすることができる。

このような方式の光合成バイオリアクタの効率にとっ
て、光ファイバからの光の漏れ具合の調整は、極めて重
要である。漏れ過ぎてしまっては、光がファイバの途中
でどんどん失われ、水槽の奥まで到達できない。漏れが
不足だと、途中で光が十分に散乱しない。また、漏れた
光を無指向的に散乱させるには、傷の大きさが可視波程
度である必要がある。傷が大きすぎると、傷による界面
反射により内部許容伝播角度を越えた光が、傷付いた反
対側から漏れ出るため、無指向的な散乱光が得られなく
なる。

このように、光ファイバ周面の傷の状態、つまり傷の深
さ、大きさ、密度等の表面状態は精密に管理される必要
がある。本発明の固体表面処理方法は、このような表面
処理に効果的でもある。本発明の固体表面処理方法によ
れば、光ファイバのような微小曲面上に均一な加工がで
き、光ファイバの細さに対して十分微細な孔を形成で
き、孔の密度、深さ等も制御することができる。

具体例３（めっき表面の処理）一般的に、めっきは、平滑な表面に形成されるので、光
沢のある仕上がりとなるのが普通である。これは、ある
場合には、むしろ安っぽい印象を与えたり、滑り易く手
になじみにくい等の問題を生ずるものである。そこで、
めっき表面に適当な粗さを与えることにより、光沢を抑
えた重厚な質感と、適度な摩擦を持ちしっくりと手にな
じむめっき製品を実現できる。本発明の固体表面処理方
法によれば、めっき厚さに対して十分浅い孔を形成で
き、孔の直径や間隔を広い範囲で制御できるので、いろ
いろな風合を出すことができる。このように処理された
めっきを用いれば、例えば、筆記具等で錆びにくく、持
ちやすく、高級感のあるものとすることができる。

発明の効果前述したように、本発明の固体表面処理方法によれば、
固体表面上に直径、間隔、深さ等の制御された一様な微
小凹部を形成することができる。

本発明を磁気ディスク媒体の製造に応用すれば、良好な
耐久性、耐摩耗性を持つディスク用基板を得ることがで
きる。この場合の基板としては、その材質に応じた適切
な撥水剤とエッチング剤を選択することにより、ガラ
ス、アルミ、セラミックおよびその他の材料を用いるこ
とができる。また、複数枚の基板を一括処理できるため
に経済性にも優れた方法である。

また、本発明の方法によれば、平面ばかりでなく、曲面
上にも処理が可能なため、光ファイバからの光の拡散の
制御や、筆記具等のめっき面の処理等、多岐に渡る技術
分野に応用できる。

以上に述べた凝着性、接着性、摩擦係数、光沢度、光の
反射や透過の割合等のほか、本発明は、塗布性、濡れ、
潤滑剤の保持性等、固体表面の諸特性を制御することに
幅広く応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は、本発明の固体表面処理方法の原理
を説明するための概略断面図である。１……固体、２……撥水剤吸着層、３……微小水滴、４……プラスチック希薄溶液層、５……プラスチック薄膜、６……微小円形孔、７……微小円形凹部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体表面に多数の微小凹部を形成するため
の固体表面処理方法において、表面処理すべき固体表面
上に揮発溶媒に溶かしたプラスチックの希薄溶液の層
を、その固体表面上の全体に亘って分散した多数の微小
な液滴を含むようにして形成した後、その揮発溶媒を揮
発させることにより、多数の微小穴を有するプラスチッ
ク膜を前記固体表面上に形成し、該プラスチック膜をマ
スクとして前記固体表面のエッチングを行なうことを特
徴とする固体表面処理方法。
【請求項２】前記液滴は、水滴である請求項(1)記載の
固体表面処理方法。
【請求項３】前記固体表面に撥水剤を吸着させて撥水剤
吸着層を形成し、前記固体表面を露点以下に冷却してか
ら室温大気にさらすことにより前記微小水滴を生じさせ
る請求項(2)記載の固体表面処理方法。
【請求項４】前記固体表面に撥水剤を吸着させて撥水剤
吸着層を形成し、水をその固体表面に噴霧することによ
り前記微小水滴を生じさせる請求項(2)記載の固体表面
処理方法。
【請求項５】前記固体表面に撥水剤を吸着させて撥水剤
吸着層を形成し、その固体表面を露点付近まで冷却した
プラスチックの揮発溶液中に浸した後に引き上げること
により、前記プラスチックの希薄溶液の層を付与すると
共に、前記微小水滴を生じさせる請求項(2)記載の固体
表面処理方法。
【請求項６】前記固体表面は、潤滑面である請求項(1)
記載の固体表面処理方法。
【請求項７】前記固体表面は、気体潤滑面である請求項
(1)記載の固体表面処理方法。
【請求項８】前記固体表面は、回転ディスク基板表面で
ある請求項(1)記載の固体表面処理方法。
【請求項９】前記回転ディスク基板は、磁気ディスク基
板である請求項(7)記載の固体表面処理方法。
【請求項１０】前記固体表面は、光ファイバ表面である
請求項(1)記載の固体表面処理方法。
【請求項１１】前記固体表面は、めっき表面である請求
項(1)記載の固体表面処理方法。