TWI619830B - 保護膜及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於獲得一種區段結構的保護膜，在區段結構的保護膜中，特別藉由從溝側面連接到溝底部的構造以及溝底部的構造，來防止溝結構因內外力的負荷變形應力而破壞/破損之情形，而獲得在強度上安定之區段結構的保護膜。本發明是有關於一種保護膜，是在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜，該保護膜是在對該基材進行了溝加工之後，堆積該保護膜並形成為區段保護膜間的間隔而構成，溝側面與溝底部交切部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線。

Description

保護膜及其製造方法 發明領域

本發明是有關於一種保護膜及其製造方法，該保護膜是在基材上堆積膜而形成為區段結構的保護膜，特別是類鑽碳(DLC)膜之保護膜；該保護膜可為在基材上連續，或者被溝所分割而不連續。

發明背景

近年，作為機械元件等之保護膜，追求開發壽命長且信頼性高，可安心使用之材料表面的硬質膜被覆技術。在此硬質膜被覆技術的領域中，硬質碳膜，特別是類鑽碳(DLC)，作為藉由形成於元件表面，提高元件之滑動性的材料而受到很高的評價。DLC是以碳為主成分，碳原子具有石墨的sp²鍵結、鑽石的sp³鍵結，且整體而言為非晶質的材料，為表現石墨與鑽石之中間物性的材料。而且，從其膜特性與表面平滑性看來，可知其摩擦係數低，且耐摩耗性高；作為提高滑動性之表面被膜，被廣泛地利用於各種機械、工具及內燃機等的滑動面。

然而，若為了提高耐摩耗性而對堆積有DLC等硬質膜的基材表面施加外部應力，則會有基材本身變形而對 硬質膜施加大的應力，造成硬質膜從基材剝離。作為解決此問題的手段，提案有一種區段形態的保護膜，是將分割為區段而形成之膜堆積在基材上而形成之區段形態的保護膜(專利文獻1)。

要獲得該種區段形態的保護膜，一般知道可將基材用鎢線等的金屬網遮蔽後，進行保護膜的堆積(專利文獻1)。較具體而言，是藉由使用鎢線等之金屬網來遮蔽，藉以在相當於金屬網之空間的部分構成區段，獲得瓦狀的區段膜，金屬網部分，亦即相當於金屬網之網線的部分則構成鄰接之區段保護膜間的間隔。

使用了金屬網來進行遮蔽之區段形狀，受限於金屬網的加工性(易彎曲程度等之金屬網變形的自由度)。例如，一般金屬網的網線是粗細均勻的，因此堆積於金屬網之網眼的膜之厚度只能固定。又，由於一般的金屬網之網格是均勻的，因此難以令將區段形狀成膜的各個位置分別變化。又，進行遮蔽之基材為平面狀之情況，即便是金屬網也可較容易地適用，但在基材為三次元形狀，其表面為曲面的情況，金屬網的遮罩就難以適用。例如，要覆蓋三次元曲面，就要將平面狀的金屬網細細地分割為構成三次元物體的各曲面，並將其等接合，除了非常費工之外，也難以維持各批區段形狀的同一性，保護膜的品質管理就變得更難。

本發明者提案有一種保護膜及其方法，是取代使用了金屬網之遮蔽，而以利用製圖材料之遮蔽或者利用機 械式切削工具之溝加工後堆積之保護膜及其方法(專利文獻2)。該方法較使用金屬網遮蔽，更易形成區段形態的保護膜，而可對複雜的表面形成區段形態。然而，使用一般的印刷裝置之線描繪速度為20mm/秒左右，使用氣動刻模機之切削速度為0.1mm/秒左右，追求更高速且自由度高之生產技術。又，在利用藉由製圖材料之遮蔽所製作之區段結構的保護膜上，只能獲得相當於膜厚度之溝深度，也就是從數奈米至數百微米的溝深度。藉由使用機械式切削工具對基材進行溝加工的方法，雖可製作具有1mm左右之深度的溝，在被加工面為凹面或在管內面等時，可能會有機械式切削工具難以觸及的情況。

在此，為了提供一種保護膜，是更高速地進行區段形態之保護膜的形成，進一步提高保護膜的品質管理，而可形成更複雜的區段形態，不僅是二次元形狀，亦可適用於三次元形狀的曲面之DLC膜等的保護膜、及使其成膜之方法，亦提案有一種方法，是在使區段形態的保護膜形成於基材上時，使用雷射來獲得預定形態之區段，在於該基材進行了溝加工之後，堆積該保護膜而形成區段間的間隔(專利文獻3)。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利第4117388號公報

專利文獻2：國際專利公開第2011/030926號

專利文獻3：日本專利特開2012-188698號公報

發明概要

本發明是關於一種在使保護膜堆積之基材上形成之溝結構，特別是關於從溝側面連接溝底部之結構以及溝底部之結構，且其目的在於獲得一種在強度上安定之區段結構的保護膜，該保護膜能防止因內外力之負荷變形應力而導致溝結構(利用基材與保護膜所形成的結構)的破壞/破損。

依據本發明，為了解決上記課題，提供以下的發明。

(1)一種保護膜，是在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜，該保護膜是在對該基材進行了溝加工後，堆積該保護膜並形成區段保護膜間的間隔而構成，溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線連接，且溝底部的縱斷面為向下凸的曲線，或為直線。

(2)如上述(1)之保護膜，其中溝側面從基材表面往溝底部的傾斜角α在60度以下。

(3)上記(1)或(2)之保護膜，其中該溝為流路或者池。

(4)上記(1)至(3)中任一項之保護膜，其是選自類鑽碳膜、鑽石膜、BN膜、W₂C膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂O₃膜、ZnO膜、SiO₂膜及由該等之組合所構成之群的保護膜。

(5)上記(1)至(4)中任一項之保護膜，其是選自金屬鍍膜、氧皮鋁膜及樹脂膜以及由該等之組合所構成之群的保護膜。

(6)上記(1)至(5)中任一項之保護膜，其中溝加工為雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者其等之組合。

(7)一種保護膜，是在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜，該保護膜是在該基材上堆積了該保護膜後，在保護膜內進行溝加工並形成區段保護膜間的間隔而構成，溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部的縱斷面為向下凸的曲線或者直線。

(8)上記(7)之保護膜，其中溝側面從保護膜表面往溝底部的傾斜角α在60度以下。

(9)上記(7)或(8)之保護膜，其中溝為流路或者池。

(10)上記(7)至(9)中任一項之保護膜，其是選自類鑽碳膜、鑽石膜、BN膜、W₂C膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂O₃膜、ZnO膜、SiO₂膜及由該等之組合所構成之群的保護膜。

(11)上記(7)至(10)中任一項之保護膜，其是選自金屬鍍膜、氧皮鋁膜及樹脂膜以及由該等之組合所構成之群的保護膜。

(12)上記(7)至(11)中任一項之保護膜，其中溝加工為雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、 放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者其等之組合。

(13)一種保護膜，是在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜；該保護膜是在該基材上堆積了該保護膜後，對保護膜及基材進行溝加工並形成區段保護膜間的間隔而構成，溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線。

(14)如上記(13)之保護膜，其中溝側面從保護膜表面往溝底部的傾斜角α在60度以下。

(15)上記(13)或(14)之保護膜，其中溝為流路或者池。

(16)上記(13)至(15)中任一項之保護膜，其是選自類鑽碳膜、鑽石膜、BN膜、W₂C膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂O₃膜、ZnO膜、SiO₂膜及由該等之組合所構成之群的保護膜。

(17)上記(13)至(16)中任一項之保護膜，其是選自金屬鍍膜、氧皮鋁膜及樹脂膜以及由該等之組合所構成之群的保護膜。

(18)上記(13)至(17)中任一項之保護膜，其中溝加工為雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者其等之組合。

(19)一種保護膜的製造方法，其特徵在於：形成基材上堆積了膜的區段結構之保護膜時，是在對該基材進行了溝加工後，再堆積該保護膜並形成區段保護膜間的間隔， 而獲得溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線之保護膜。

(20)一種保護膜的製造方法，其特徵在於：形成基材上堆積了膜的區段結構之保護膜時，是在該基材上堆積了該保護膜後，再於保護膜內進行溝加工並形成區段保護膜間的間隔，而獲得溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線的保護膜。

(21)一種保護膜的製造方法，其特徵在於：形成基材上堆積了膜的區段結構之保護膜時，是在該基材上堆積了該保護膜後，再對保護膜及基材進行溝加工並形成區段保護膜間的間隔，而獲得溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線的保護膜。

(22)一種基材，是經溝加工的基材，其溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線。

(23)如上記(22)之基材，其中溝加工為雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者其等之組合。

(24)上記(22)或(23)之基材，其中溝側面從基材表面至溝底部的傾斜角α在60度以下。

(25)上記(22)至(24)中任一者之基材，其中溝為流路或者池。

依據本發明，可獲得在強度上安定之區段結構的保護膜，該保護膜可藉由在區段結構的保護膜中，特別是從溝側面連接於溝底部之結構及溝底部的結構，防止因內外力之負荷變形應力造成溝結構(由基材與保護膜所形成之結構)破壞/破損。

31‧‧‧基材

311‧‧‧基材表面

32‧‧‧保護膜

321‧‧‧保護膜表面

33‧‧‧溝

331‧‧‧溝的傾斜面

332‧‧‧溝底部

34‧‧‧切削工具

5‧‧‧空室

10‧‧‧排氣系統

15‧‧‧氣體導入系統

20‧‧‧電源系統

R¹‧‧‧曲線

R²‧‧‧曲線

α‧‧‧傾斜角

圖1(a)~(d)是表示本發明之區段形態之保護膜形成的3種態樣及保護膜的溝部之模式圖。

圖2是表示以切削加工對基材進行溝加工之一例的縱斷面圖。

圖3是表示在基材上形成了各種形狀之溝的保護膜之一例的平面圖。

圖4(a)~(c)是表示形成溝之池之一例的平面圖及縱斷面圖。

圖5是成膜裝置之一例的示意圖。

較佳實施例之詳細說明

在本發明之一種態樣中，保護膜是在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜，如圖1之(a)所示，在對基材進形了溝加工後堆積保護膜而形成區段保護膜間的間隔。保護 膜為了不讓破損/破壞膜的應力集中，使應力較易傳遞至基材側，溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線連接，且溝底部的縱斷面為向下凸的曲線或者直線。

亦即，溝側面與溝底部交切的部分(角落部分)是以縱斷面為向下凸之曲線來連接的方式構成。進一步而言，是以溝底部的縱斷面形狀為直線或者向下地凸狀曲線(例如近似於橢圓的一部分)的方式被構成，正交之溝的縱斷面形狀可選擇例如U字型等。即便在此情形，端部的形狀為至溝底之壁的角度及連接於底之曲線形狀是依循上述之形狀者。

「向下地凸狀曲線」，是溝側面至溝底，經過溝的底部再到對向上昇之溝側面為止之向下地凸狀曲線的形狀，從側面連接於底部的部分是以曲線來連接(R¹)，以在靠近壁的部位曲線的曲率大(亦即，曲率半徑小，急彎的狀態)，在溝底中央部曲率小(曲率半徑大(R²)，緩緩彎曲)狀態的形式，曲率漸漸地(暫次)變化而使連續的線理想化。該曲線為橢圓形曲線的一部分。然而，要嚴密地加工成這樣的曲線狀是不可能的，故是在可控制的範圍內近似於橢圓曲線之一部分的曲線。圖1之(d)顯示2個R，即溝側面與底部之交切部分的R¹及溝底中央部的R²。藉由這樣的構成，會破損/破壞膜的應力就不會集中，而可容易地將應力往基材側傳遞。

溝底部之縱斷面形狀為直線的情況，在溝側面與底之間宜具有曲線部分。例如，從溝側面連接到底部處是 以曲線(R¹)來連接，其延長部分之底部的縱斷面形狀為直線。

進一步而言，為了使破損/破壞膜的應力不集中，而易於將應力傳遞至基材側，溝側面從基材表面往溝底部的傾斜角α宜為60度以下。要更適合的話，α為25±20度。

圖1(a)中，31表示基材、311表示基材表面、32表示保護膜、321表示保護膜表面、33表示溝、331表示溝的傾斜面、及332表示溝底部。α是表示溝側面從基材表面往溝底部的傾斜角。

在測定溝側面的傾斜角α時，可使用雷射顯微鏡(例如，股份公司KEYENCE製VK-9710)，依序測定從水平面(相當於基材表面或者保護膜表面)至溝側面表面為止之距離，來測定溝側面的傾斜。

圖2是表示利用切削加工對基材進行溝加工之一例的縱斷面圖，α表示溝側面從基材表面往溝底部的傾斜角。在圖2中，31表示基材、311表示基材表面、33表示溝、331表示溝的傾斜面、332表示溝底部、及34表示切削工具。基材31是一邊使切削工具34在横方向上移動一邊使其侵入下方並切削至預定的深度為止，接著將切削工具4在橫方向上移動至預定的位置為止，接著使行進方向繼續往上方拉起，藉以形成另一個溝側面的傾斜面。內行方向(圖的垂直方向)也可比照相同方式形成。2個傾斜面的肩部宜如後所述地加工成具有適宜期望之曲率。接著，在基材31上，堆 積保護膜(圖未示)。

在此，保護膜雖也會堆積於溝側面之傾斜面331與溝底部332，但相對於往基材表面311之堆積率，其堆積率變低，膜厚也變得較薄。使最外面的保護膜堆積之目的面保護膜表面所受到之應力一部分雖然也會施加在此斜面上，但由於不是以承受應力為目的，因此即便溝側面與溝底部的膜厚變薄，甚至是沒有膜，也不會對整體的耐磨耗性提高、低摩擦滑動造成影響。

溝加工方法可使用雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者該等之組合。為了進一步調整溝內及表面粗度，亦可使用研磨。

在進行基材之溝加工時，亦可預先對基材施行各種的前處理。例如，氮化處理，是使氮滲入金屬而使其表面硬化；滲碳，是對金屬添加碳使其表面硬化；精煉，是將鋼鐵焠火後再進行回火處理而提高韌性；滲鉻法，使鉻擴散浸透於金屬，提高耐蝕、耐摩耗性；磷酸鹽處理，在鋼鐵的表面形成磷酸鋅等皮膜，提高耐蝕性、密着性等。

在雷射加工中，雷射視加工對象及使用狀況，可適宜地利用YAG雷射(基本波、二次諧波、三次諧波)、CO₂雷射、氬雷射、準分子雷射(ArF,KrF)、光纖雷射、飛秒雷射、皮秒雷射等。

保護膜為碳系材料等(DLC、鑽石等)的情形，在300度(℃)以上的溫度結晶狀態會變化，石墨成分變多，可 能造成硬度降低。若將加工氣體環境設為氧化環境(O₂氣體、大氣、O₃氣體)，會形成CO₂。為了使用此變化，在雷射光束照射時若使呈氧化環境，可使預定的部分變化成石墨及碳酸氣體等，形成容易除去之物。

切削加工是使用氣動刻模機等的切削工具，從被加工物表面往內部的順序進行的削去加工；銑刀加工、機械加工、多軸機械加工、鑽模搪床、數值控制車床加工、自動車床加工等之使用工作機械來雕刻溝圖型。

加熱加工係可使用在將保護膜加工時使保護膜變化的熱，亦可使用下述加工：僅將已赤熱之細微的金屬按壓於保護膜面，即可使受到其熱影響部分之保護膜的組成產生變化。特別是在於DLC及鑽石膜等之碳系保護膜是有效的。

研磨加工是利用了研磨粒之加工；進行研磨盤、機械加工、溝槽加工等。只要設計製作研磨石或研磨工具的前端，就能雕刻預定的角度。

塑性加工是將模型及刀具/拉伸模/工具等較被加工物硬的物質按壓於對象基材，利用基材表面形狀不會恢復這點所進行的加工法，藉由壓製加工、奈米壓印加工、滾花加工等的單次加工，或藉由移動基材側來進行連續加工。

放電加工是在基材有通電的情況，使用了基材與模型間細微的弧光放電所造成之溶融的金屬加工，藉由利用放電加工機之製模、線切割等工法，可雕刻出目標的圖 型。

3D加工可利用3D列印機使用樹脂或金屬等進行遮罩圖型的堆積，其特徵在於可變化圖型的高度。一般所知的3D列印機可一邊堆積樹脂或金屬一邊製作出圖形，基本而言，其具有：在YZ軸方向上移動之床台與在X軸方向上移動之吐出樹脂等的列印機頭，或者一邊同步使金屬粉溶融之雷射一邊移動之機構。於此機能上再組合有使工作件(被加工物)旋轉之機構，則可進行3D列印加工成為立體物。利用此方法，列印出雕刻含有腐蝕性物質之墨水等基材的元件，經過預定時間後欲使其腐蝕的部分就會受到雕刻。其特徵在於可對分離的部分進行雕刻加工。在使用遮罩的蝕刻中，匹配圖型之受雕刻的溝部為連續的，但依據本方式因為並不使用遮罩而可作成獨立的溝(池狀的凹窩)。也可以固定時間將大面積進行加工。

噴水加工是在水中導入研磨材，例如用2000大氣壓左右之高進行噴吹，來切削或雕刻被加工物的加工法。

射出成形加工是使經加熱熔融之樹脂等射出流入模型內，使其冷卻固化而獲得具有所欲之溝的成形品的加工法。

鑄造加工可適宜地使用所謂脫蠟鑄造法，即用蠟製作原型，以模砂覆蓋周圍，把蠟融化除去後將金屬流入所形成的空洞。

蝕刻加工是利用通過遮罩之腐蝕液的製模法，其中遮罩圖型可以各種方式組合，可進行同時組合了複數個 遮罩之複數同時加工。雕刻深度可藉由與腐蝕液接觸的時間來使其變化。又，以腐蝕液作為電解質，亦可藉由與外部電極直流連接來控制蝕刻速度(電解研磨)。

溝是以具有對應於區段間隔部分之大小、形狀的方式被加工。以下，以雷射加工為主來進行說明。藉由雷射的輸出功率、光束徑、焦距等之調整，可容易地控制溝部的寬度(大小)及深度等。又，雷射的加工速度可容易地達成300mm/秒左右。使用屬一般機械式切削工具之氣動刻模機的切削速度為0.1mm/秒左右，雷射的加工速度為其3000倍。又，雷射所造成之溝之寬度的下限，一般利用皮秒雷射加工為15μm左右。

使用屬一般機械式切削工具之氣動刻模機之溝的寬度下限為70μm左右。亦即，雷射可進行較細微的溝加工。再者，溝寬度的上限，可藉由挪動雷射來反覆地進行溝加工，而無限地拓寬。又，溝部的深度只要在1μm左右以上即可任意地調整。溝部可藉由反覆進行溝加工來調整深度。溝加工只要網格(溝彼此間的間隔)在2μm左右以上即可隨意地變化，可設定成從細的區段結構漸次變化成大的區段結構。

使用雷射對該基材進行溝加工的情況，亦可自由地組合圖案(圖形)、溝寬度、及溝深度。接著，溝加工圖案可自由地設定，即切溝之曲線的曲率半徑亦可任意地設定。緣此，因可在一個基材上作出不同的區段圖案，故可視用途而獲得最適合的區段結構的保護膜。所謂能自在地 設定溝加工圖案，是指亦可使用區段結構保護膜來進行標示或命名。進一步而言，藉由改變區段結構的位置/大小/範圍，亦可自在地控制溝部的寬度或彎曲方式，可將溝形成為流路或者封閉的溝(池)，亦可容易地將封閉的溝作為油坑(儲油槽)來使用。

進一步而言，即便是在以機械式接觸為必要之機械式切削工具難以觸及被加工物這樣困難的情況，雷射由於是與被加工物以光學式接觸之故，易於觸及。雷射可利用鏡面反射或亦可利用光纖維照射，可進一步達成自由度高的加工。又，也不易受到被加工物的表面形狀所限制。

在使用雷射對基材進行了溝加工後，堆積保護膜來形成區段保護膜間的間隔。溝的寬度可選自：前記鄰接區段之間隔0.1μm至1mm的範圍。溝的深度可選自：1μm至2mm左右之範圍。以使用雷射之溝加工的精密度，要均勻地導入1μm以下的溝以現狀而言是困難的，因此以1μm左右為下限。

如上記，保護膜為了使破損/破壞膜的應力不集中，而易於將應力傳遞至基材側，是以下述方式構成：溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線連接，且溝底部的縱斷面為向下凸的曲線或者直線。

在昔知技術之利用製圖材料的遮蔽所製作之區段結構的保護膜中，只能獲得相當於膜厚的溝深度，即從數奈米至數百微米的溝深度，但藉由例如使用雷射對基材進行溝加工之本方法，可容易地製作具有1mm左右之深度 的溝。相對於所堆積之保護膜的膜厚通常為通常1nm至200μm，溝的深度深達1μm至2mm左右，因此在溝加工後所堆積的保護膜，會以與其他物質接觸/承受應力等，與耐摩耗性、滑動性等相關之最表面的效果的形式，獲得區段形態。再者，在溝部，其膜厚相對於最表面會相對地變薄。(溝深度÷溝寬度)值大的情況，膜可在溝側面或底部被截斷。藉此，可獲得區段形態的保護膜。作為用於將膜截斷之溝的深度，通常是所欲之保護膜厚度的5倍以上，宜為20倍以上，進一步宜為50倍以上，較宜為100倍以上，更佳的是150倍以上。

因雷射加工所產生的殘渣，可能會以突出於基材表面的形狀生成。亦即，會有所謂毛邊形成於溝部周緣的情形。視需要，宜將該毛邊除去。毛邊的除去可利用適當的物理性手法，在不對基材造成損傷的情況下實施。

作為將毛邊除去的方法，可使用再度雷射。將散焦或者調整了輸出之雷射照射於溝加工部，藉以使毛邊部加熱溶融而變形，溝的肩部(基材之表面與溝側面交接的邊及其近旁)變得平滑。例如可使溝的肩部以較保護膜之膜厚大的曲率半徑彎曲。可適宜地調整雷射的焦點(散焦)、輸出、偏移量、往復頻率等，直到溝肩部的形狀成為所欲之形狀為止。

又，作為除去毛邊的方法，可視基材的材質、所欲之溝尺寸/形狀使用適當的工具/工法，亦可使用例如：利用砂紙等來研磨、拋光研磨、流體研磨、磁力研磨、噴砂、 利用固體二氧化碳粉末等來噴氣、利用旋轉研磨石來研磨、等向性乾蝕刻等的蝕刻、使用了電解質液之電解研磨等。將該等毛邊除去的方法，亦可組合來使用。特別是，以雷射去毛邊後可再用雷射以外的方法進一步去毛邊，藉以進一步精密地統一肩部的曲率半徑，在品質管理上有利。

作為本發明中所使用之基材，並無特別限制，可依目的而適宜地選擇例如鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金、耐熱合金、不鏽鋼合金、鎢合金、鋼等的金屬；塑膠等的高分子基材；橡膠；陶瓷；CFRP等碳系材料及該等之複合材料等。

使保護膜堆積之基材表面亦可形成為三次元曲面。所謂三次元曲面是指以壓製加工等之塑性加工等所製作的面、以切削加工所製作的面、射出成型或模鑄、MIM(Metal Injection Mold，金屬射出成型)、燒結、燒成等立體物的表面，特別是曲面。

在對基材進行了溝加工後，進行膜的堆積。雖使膜堆積於包含經溝加工之位置，但溝深度相對於膜厚仍然很深，因此膜在溝部具有凹陷處，形成了該溝加工部分所鄰接之區段間的間隔，而獲得區段狀保護膜。

區段保護膜的形狀並無特別限制，可適宜地選擇三角形、四角形等之多角形；圓形等。例如，組合了五角形與六角形之足球狀的區段保護膜亦可適用。又，組合有使三角形之中心部(較邊部)突出者之球面狀的區段保護膜亦可適用。又，不同位置受不同寬度及深度的溝所切割之 區段保護膜亦可適用。該等區段保護膜的大小，其1邊或外徑通常選自1μm至3mm。鄰接之區段保護膜的間隔通常為通常0.1μm至1mm。又，區段保護膜的膜厚通常為1nm至200μm。

進一步而言，溝的平面形狀可為棋盤狀、條紋狀、池狀、或者該等之組合，該等可形成流路或者封閉的池，亦可將池之溝設為儲油部。進一步而言，藉由將流體潤滑劑導入至該等溝部，亦可將設為流體或者固體的潤滑劑層。

圖3是表示在基材上形成了各種形狀之溝的保護膜的一例之平面圖，圖中，31表示基材、32表示保護膜、33表示保護膜32上所形成之各種形狀的溝(池狀、格子狀、條紋狀)。

圖4表示(a)在圖3中構成溝之池的一例之平面圖；(b)其A-A’斷面及(c)B-B’斷面。

在本發明之1態樣中，保護膜是選自類鑽碳膜、鑽石膜、BN膜、W₂C膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂O₃膜、ZnO膜、SiO₂膜及由該等之組合所構成之群。

作為保護膜的堆積法，以氣相堆積法為佳，可舉例如以直流、交流或者高周波等作為電源之電漿CVD或者磁控濺射或者離子束濺鍍等之濺鍍法。PVD(物理的氣相堆積法)亦被採用，可獲得相同的效果。

在圖5中表示電漿CVD成膜裝置之一例的基本構 成。其表示具備下述元件之一裝置的概要：空室5、排氣系統10(旋轉泵11、加速分子泵12、真空計13、排氣閥14等)、氣體導入系統15(Ar、C₂H₂、Si(CH₃)₄)、H₂、O₂、N₂、CH₄、CF₄等之氣體導入系統及流量調整用閥)及電源系統20(主電源16、基材加熱電源17、微細粒子捕獲濾器電源18、剩餘電子收集電源19等)。

將基材連接於本裝置之空室內的陰極電極，該基材係經溝加工。基材設置後，利用真空排氣機構將空室內排氣，接著，供給電漿氣體源Ar、Si(CH₃)₄、C₂H₂等，利用脈衝電源施加脈衝電壓，使前記電漿氣體源電漿化。經電漿化的氣體，堆積於基材上而形成膜，但由於溝深度相對於膜厚是非常深，因此膜受到溝部所截斷，或者相對於表面相對地變薄而作為保護膜的機能變小，即便同時在傾斜的壁及溝底有膜附著，其作為力學上之保護膜的機能降低，但可獲得提高了化學上安定性之區段形態的保護膜。

在溝部的成膜率，可藉由適當地選擇雷射溝加工時之氣體環境來進行調整。具體而言，在雷射溝加工時，若使用氧化性環境氣體，例如氧、臭氧等，將使被加工面變得容易被氧化。氧化物一般而言導電性低，在成膜時由於對被氧化之溝部的導電受到抑制，因此溝內的成膜會受到抑制。因此，在沒有溝的位置變得容易形成保護膜，而形成區段狀保護膜。

又，若導電性則電流難以流過，可抑制基材的溫度上昇。這點在拓展基材之選擇範圍上也很有用。

雷射溝加工時的氣體環境亦可選擇惰性氣體，例如氬氣、氮氣體等。藉此，在溝加工時，亦可抑制溝部的面遭到氧化。

所堆積之保護膜宜為可賦予耐摩耗性者，例如：鑽石膜、類鑽碳膜、BN膜、W₂C膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂O₃膜、ZnO膜、SiO₂膜中任一者，或亦可為含有該等組合而成者。該等膜厚通常選自1nm至200μm之範圍。

在本發明之保護膜的另一個態樣中，保護膜可選自金屬鍍膜、氧皮鋁膜及樹脂膜以及由該等之組合所構成之群。該等膜的形成本身可利用一般常用方法，就金屬鍍膜而言，宜利用鎳鍍、鉻鍍等的濕式法；氧皮鋁膜宜利用陽極氧化之濕式法；樹脂膜宜使用氟樹脂塗布。該等保護膜之膜厚通常選自50nm至500μm。保護膜可被溝所分割，亦可連續。

在本發明的另一個態樣中，保護膜為在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜，如圖1之(b)所示，在基材31上堆積保護膜32(通常，基材表面311與保護膜表面321為平行)後，在保護膜32內進行溝加工而形成區段保護膜間的間隔。保護膜為了使破損/破壞膜之應力不集中，而易將應力傳遞至基材側，是以下述方式構成：溝側面與溝底部交切部分的縱斷面以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線。適宜而言，溝側面從保護膜表面321往溝底部332的傾斜角為60度以下。藉由這樣的構 成，破損/破壞膜的應力更加不會集中，可將應力更容易地傳遞至基材側。就更佳的情況而言，α為25±20度。保護膜表面為曲面時，是在該位置之從切線起算的角度。

在本發明之再另一個態樣中，如圖1之(c)所示，是在基材31上堆積了膜的區段結構保護膜，在基材31上堆積了保護膜32(通常，基材表面311與保護膜表面321為平行)後，對保護膜32及基材31進行溝加工，形成區段保護膜間的間隔。保護膜為了使破損/破壞膜之應力不集中，而易於將應力傳遞至基材側，是以下述方式構成：溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線。適宜而言，溝側面從保護膜表面321往溝底部332的傾斜角α是在60度以下。更適宜者，α為25±20度。保護膜表面為曲面時，是在該位置之從切線起算的角度。

進一步而言，在本發明之一態樣中，提供一經溝加工之基材，其基材因基材或者其表面所形成之破損/破壞膜的應力不集中，且易將應力傳遞至基材側之故，溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線。適宜而言，溝側面從基材表面321往溝底部的向下傾斜角α是在60度以下。更適宜者，α為25±20度。

溝加工本身，如上記，可選自雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者該等 之組合。溝的平面形狀宜選自棋盤狀、條紋狀、池狀、或者該等之組合；溝底部之縱斷面形狀宜為直線或者向下地凸狀曲線。溝的寬度、深度亦如上記所述。

本發明之基材係適宜在該基材上形成上記之區段形態的保護膜，藉由屬從保護膜表面進入之應力的外部應力，及屬由內部所給予之應力的內部應力，可防止保護膜之破壞/破損，且獲得對外部應力及內部應力在強度上安定之保護膜。進一步而言，本發明之基材本身，亦可藉由組合上記各種溝，部分地改變強度，以謀求依部位來控制表面強度。

產業上之利用可能性

依據本發明，可提供一種區段結構的保護膜，其對外部應力及內部應力安定。

Claims (18)

1. 一種保護膜，其是在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜，該保護膜是在對該基材進行了溝加工後，堆積該保護膜並形成區段保護膜間的間隔而構成，溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線；其中溝側面從基材表面往溝底部的傾斜角α為25±20度。
2. 如請求項1之保護膜，其中溝為流路或者池。
3. 如請求項1之保護膜，其是選自類鑽碳膜、鑽石膜、BN膜、W₂C膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂O₃膜、ZnO膜、SiO₂膜及由該等之組合所構成之群的保護膜。
4. 如請求項1之保護膜，其是選自金屬鍍膜、氧皮鋁膜及樹脂膜以及由該等之組合所構成之群的保護膜。
5. 如請求項1之保護膜，其中溝加工為雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者其等之組合。
6. 一種保護膜，是在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜，該保護膜是在該基材上堆積了該保護膜後，於保護膜內進行溝加工並形成區段保護膜間的間隔而構成，溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線； 其中溝側面從保護膜表面往溝底部的傾斜角α為25±20度。
7. 如請求項6之保護膜，其中溝為流路或者池。
8. 如請求項6之保護膜，其是選自類鑽碳膜、鑽石膜、BN膜、W₂C膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂O₃膜、ZnO膜、SiO₂膜及由該等之組合所構成之群的保護膜。
9. 如請求項6之保護膜，其是選自金屬鍍膜、氧皮鋁膜及樹脂膜以及由該等之組合所構成之群的保護膜。
10. 如請求項6之保護膜，其中溝加工為雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者其等之組合。
11. 一種保護膜，是在基材上堆積了膜之區段結構的保護膜；該保護膜是在該基材上堆積了該保護膜後，對保護膜及基材進行溝加工並形成為區段保護膜間的間隔而構成，溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線；其中溝側面從保護膜表面往溝底部的傾斜角α為25±20度。
12. 如請求項11之保護膜，其中溝為流路或者池。
13. 如請求項11之保護膜，其是選自類鑽碳膜、鑽石膜、BN膜、W₂C膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂O₃膜、ZnO膜、SiO₂膜及由該等之組合所構成之群 的保護膜。
14. 如請求項11之保護膜，其是選自金屬鍍膜、氧皮鋁膜及樹脂膜以及由該等之組合所構成之群的保護膜。
15. 如請求項11之保護膜，其中溝加工為雷射加工、切削加工、加熱加工、研磨加工、塑性加工、放電加工、3D加工、噴水加工、射出成型加工、鑄造加工、蝕刻加工或者其等之組合。
16. 一種保護膜的製造方法，其特徵在於：形成基材上堆積了膜的區段結構之保護膜時，是在對該基材進行了溝加工後，再堆積該保護膜並形成區段保護膜間的間隔，而獲得溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線的保護膜；其中溝側面從基材表面往溝底部的傾斜角α為25±20度。
17. 一種保護膜的製造方法，其特徵在於：形成基材上堆積了膜的區段結構之保護膜時，是在該基材上堆積了該保護膜後，再於保護膜內進行溝加工並形成區段保護膜間的間隔，而獲得溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線的保護膜；其中溝側面從保護膜表面往溝底部的傾斜角α為25±20度。
18. 一種保護膜的製造方法，其特徵在於：形成基材上堆積了膜的區段結構之保護膜時，是在該基材上堆積了該保護膜後，再對保護膜及基材進行溝加工並形成區段保護 膜間的間隔，而獲得溝側面與溝底部交切之部分的縱斷面是以向下凸的曲線所連接，且溝底部之縱斷面為向下凸之曲線或者直線的保護膜；其中溝側面從保護膜表面往溝底部的傾斜角α為25±20度。