(57)【要約】【課題】  試料を切削しながら、切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面における化学変化を防ぎ、組成構造及び組成骨格が表面層とは異なるバルク状態で、試料の表面層から内部層にいたる深さ方向にわたり連続的な或いは段階的な周辺に関するデータを簡便に、正確かつ迅速に観察し評価する。【解決手段】  切削装置を用い、試料の切削条件をもとに試料の表面から内面に向けて切刃によって任意の角度でテーパ状に切削し、切削によって形成される試料の切削面、並びに切削片の切削面における塗工紙の塗工液及び添加薬品の塗工状態、分布状態、深度方向への浸透状態、並びに印刷物のインキの転移状態、分布状態、深度方向への浸透状態、基材との界面状態に関する、Ｚ軸方向及びＸＹ軸方向の三軸方向の切削面情報を、平面上に展開して表示する手段を用いて観察する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面から内部に向けて切刃によって所定の角度でテーパ状に切削し、切削によって形成される試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面におけるＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の三次元の画像情報を、画像取得手段によって切削前の試料の表面方向から見て二次元的に取得し、画像生成手段によって前記画像情報を画像表示、及び／又は画像出力することを特徴とする試料の切削面情報取得方法。
【請求項２】
試料の表面から内部に向けて切刃によって所定の角度でテーパ状に切削し、該切刃が所定の切削深度に到達した後、切刃を試料表面に対して平行方向に移動させ切削することによって切削面を形成し、更に所定の角度でテーパ状に所定の切削深度に到達するまで切削し、切削を段階的に行うことによって形成される試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面におけるＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の三次元の画像情報を、画像取得手段によって切削前の試料の表面方向から見て二次元的に取得し、画像生成手段によって前記画像情報を画像表示、及び／又は画像出力することを特徴とする試料の切削面情報取得方法。
【請求項３】
前記画像取得手段により取得した前記試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面の画像を、前記画像生成手段によって拡大表示及び／又は拡大印字出力することを特徴とする請求項１又は２記載の試料の切削面情報取得方法。
【請求項４】
前記画像取得手段で取得した前記試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面の画像情報を、元素分析装置により元素マッピングを行うことを特徴とする請求項１又は２記載の試料の切削面情報取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の切削位置を指定して切削面を形成し、形成した切削面を表示または出力する方法に関するものである。さらに詳しくは試料を切削し切削面、あるいは切削にともなう切削片の切削面に対して、試料の表面層から内部層にいたる深さ方向とその周辺に関するデータを簡便に、連続的にあるいは段階的に長距離にわたって正確かつ迅速に得ることができる画像情報取得方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、試料の深さ方向とその周辺の情報を得る分析方法として、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）やオージェ電子分光装置（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）などが挙げられる。これらの分析方法は、いずれもイオンや電子、Ｘ線などのビームを用い、試料をスパッタリングしながら測定することによって、試料の深さ方法の情報を取り出している。これらの方法では、試料の組成や結合フラグメントの情報を得ることができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、厚さ数μｍの局所加工に利用されていた集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を用い、厚さ１００μｍ前後の紙または印刷物の断面を切り出すことで、刃物による切断法、樹脂包埋法、凍結包埋法、凍結割断法、イオンエッチング法等といった断面作製法と比べ、比較にならない程の精度で、紙または印刷物の断面を作製することが可能となり、また、硬さや脆さの異なる材料、すなわち、紙または印刷物の断面作製に必要な量の集束イオンビームを照射することにより、シャープな断面を作製することが可能となった。さらに、インキ転移層とともに基材である用紙も切断できることから、これまで観察できなかった印刷インキの用紙に転移したインキ層の直接断面観察方法及び、インキ転移に及ぼす紙層構造の影響を解析する方法として提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、紙に転移したインキ転移物における、インキのバインダー成分の分布状態を観察する方法として、バインダー成分の不飽和二重結合部分に四酸化オスミウムまたは臭素を選択的に付加反応させ、次に集束イオンビーム装置によりイオンビームを照射することにより、紙の構造を破壊することなく作製し、付加反応させたバインダーを含んだインキ転移物に電子線を照射し、発生する信号を電子線マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）により、それぞれの元素マッピングをする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】日本表面化学会「表面科学基礎講座  表面・界面分析の基礎と応用」、１９９８年、ｐ．２１９−３７６
【特許文献１】特許第３０４４２９８号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来から使用されている、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）やオージェ電子分光装置（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）では、深さ方向のデータはスパッタリング速度の影響を受けるため測定効率が低く、かつ試料深部のデータは得にくいという欠点があった。また、得られたデータは表層数〜数百ｎｍ領域に限られるため、一般的には表面分析法として広く認知されており、具体的に試料を切削しながら該試料の切削面のデータを測定することによって、試料の深さ方向のデータを正確に測定する方法として提案されているが、用紙の内部構造、添加薬品等の厚さ方向の分布状態、さらには塗工紙の顔料やバインダーの分布状態、並びにインキの浸透状態及びインキ転移が紙層構造の影響を切削しながら解析する目的のものではない。さらに、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）やオージェ電子分光装置（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）では、高真空中に試料をおいてスパッタリングしなければならないため、試料の加工や真空排気など前準備に多くの時間と手間が必要である。
【０００７】
また、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置は試料作製用装置としては極めて高価であることから、一般的に広く利用されている段階ではなく、また、断面作製処理時間は数時間を必要とする。深さ方向（Ｚ方向）は面状であるが、平面方向（ＸＹ方向）は線状となるため平面方向（ＸＹ方向）で状態あるいは組成等が異なる微小領域部分が分布している試料においては、幅方向に対して２５０μｍ程度までしか一度に切削面ができないため、平面方向（ＸＹ方向）で状態あるいは組成等が異なる微小領域部分ごとに多くの試料断面を作製して観察する必要がある。
【０００８】
また、紙に転移したインキ転移物におけるインキのバインダー成分の分布状態を観察する方法として、バインダー成分の不飽和二重結合部分に四酸化オスミウムまたは臭素を選択的に付加反応させ、ＦＩＢ装置により紙の断面を作製し、ＥＰＭＡによりそれぞれの元素マッピングをする方法においては、厚さ１００μｍ前後の紙の断面におけるインキのバインダー成分が、表面から３０数μｍほどまでしか浸透しない場合、バインダー成分の浸透深度が浅く、３０数μｍほどの狭い範囲での分析を行わなければいけないため、有効な画像情報取得部位が狭くなる。
【０００９】
本発明は、上記課題の解決を目的とするものであり、具体的には試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面における化学変化を防ぎ、組成構造及び組成骨格が表面層とは異なるバルク状態で、試料の表面層から内部層にいたる深さ方向にわたり連続的なあるいは段階的な周辺に関するデータを簡便に、正確かつ迅速に観察し評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の試料の切削面情報取得方法は、試料の表面から内部に向けて切刃によって所定の角度でテーパ状に切削し、切削によって形成される試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面におけるＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の三次元の画像情報を、画像取得手段によって切削前の試料の表面方向から見て二次元的に取得し、画像情報を用いて画像表示、及び／又は画像出力することを特徴とする。
【００１１】
本発明の試料の切削面情報取得方法は、試料の表面から内部に向けて切刃によって所定の角度でテーパ状に切削し、切刃が予め設定した切削深度に到達した後、切刃を試料表面に対して平行方向に移動させ切削することによって切削面を形成し、更に切削深度の設定条件を変えて、所定の角度で切削深度に到達するまで切削し、切削を段階的に行うことによって形成される試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面におけるＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の三次元の画像情報を、画像取得手段によって切削前の試料の表面方向から見て二次元的に取し、前記画像情報を用いて画像表示、及び／又は画像出力することを特徴とする。
【００１２】
本発明の試料の切削面情報取得方法は、試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面を前記画像取得手段によって拡大することを特徴とする。
【００１３】
本発明の試料の切削面情報取得方法は、試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面を元素分析装置によって元素マッピングを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、試料の材質及び大きさ等にも関係するが、切刃を試料の表面層から内部層に向けて切削する際の角度設定により、試料の表面層から内面層にいたる試料の深さ方向とその周辺に関するデータを一つの観察試料で、所望の範囲の切削面情報を取得可能である。そのことにより、切削面情報として取得した紙層構造及び塗工層構造、並びにインキ等の転移、分布状態及び浸透状態を、組成構造及び組成骨格が表面層とは異なるバルク状態で観察でき、評価できるため、その利便性、並びに応用性は大きい。
【００１５】
紙へのインキの浸透状態については、低粘度のインキを使用したインキジェットプリンタなどで、印字または画像品質を左右する大きな因子であり、短時間で効率的に広範囲のインキの転移状態を深さ方向に分割して画像情報として取得できることは大きなメリットであり、用紙開発及びインキ開発に大きく貢献するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に切削装置の全体の構成を示す。切削条件設定手段と、変位、圧を検出する手段、試料固定手段、試料の切削手段及び該切削手段の試料への切刃の押圧手段とで構成される切削装置に、試料（１）を固定し、切削手段である切刃（２）の移動により試料の表面から内部に向けて切削を行う。その切削の状態をカメラ（３）で撮り、カメラからの映像をモニタ（４）でリアルタイムに確認する。試料の固定方法としては、直接試料台に被測定試料をおいて試料端を締め付金具で固定する方法、あらかじめ両面テープ等で板に固着する方法、あるいは試料裏面から真空で試料を固定する方法などが考えられ、試料の形態に応じて適宜選択すればよい。
【００１７】
本発明による試料の連続的な切削面形成法は、まず、試料の切削面を形成するために必要な切削幅、切刃形状については刃角、すくい角、にげ角を有する切刃（２）を選定し試料の切削位置を指定する。次に、試料の切削面を形成するために必要な切刃垂直移動速度、切削深度（５）及び切刃水平移動速度の切削条件を予め設定する。次に、図２に示すように予め設定した切削距離（６）を前提条件とし、予め設定した切刃水平移動速度と切刃垂直移動速度をもとに、切刃（２）によって試料の表面（１）から内部に向けて斜めに切削を開始し、切刃（２）が予め設定した切削距離（６）に到達するまで切削を続けることで試料の切削面（７）並びに切削にともなう切削片の切削面（１１）を形成する。
【００１８】
本発明による試料の段階的な切削面形成法は、まず、試料の切削面を形成するために必要な切削幅、切刃形状については刃角、すくい角、にげ角を有する切刃（２）を選定し試料の切削位置を指定する。次に、図３に示すように予め設定した切削距離（１２）を前提条件とし、予め設定した切刃水平移動速度と切刃垂直移動速度をもとに、切刃（２）によって試料の表面（１）から内部に向けて切削を開始し、切刃（２）が予め設定した切削距離（１２）に到達した後、設定した切削水平速度をもとに、試料の表面（１）に対して平行方向に切削する。更に、切刃水平移動速度、切刃垂直移動速度及び切削距離を設定し直し、設定し直した条件をもとに、切刃（２）によって更に所望の深度まで切削を繰り返すことで試料の段階的な切削面（７）並びに切削にともなう段階的な切削片の切削面（１１）を形成する。
【００１９】
本発明で用いる試料とは、紙、印刷物、プラスチック、ゴム及びシート等をはじめとした物であるが、材質及び形状を限定するものではない。また、蒸着膜及び積層された薄膜試料についても切削面の画像情報を表示し、さらに画像情報を出力することができる。
【００２０】
切刃によって試料の切削面を形成する際、切刃として、例えば、ナイフ及び金属性カッターなどの公知の切刃を用いることもできるが、願わしくは特公平７−２６９０８号公報にみられるような精密切削装置を用いて切削面を形成することが望ましい。また、精密切削装置の切刃については、鋭利かつ硬度の高い切刃であることが条件となることから高い硬度を有し、耐摩耗性、耐久性及び耐熱性に優れ、刃こぼれが少ない材質として単結晶ダイアモンド刃が特に好ましいが、切刃の材質及び表面処理を限定するものではない。
【００２１】
また、試料の連続的な切削面を形成する際の切削条件としては、切刃の刃幅０．３〜４ｍｍ、切削加工時間１０〜３６００ｓｅｃ、切刃垂直移動速度０．００２〜５μｍ／ｓｅｃ、切削深度０〜１０００μｍ、切刃水平移動速度０．０２〜５０μｍ／ｓｅｃ、切刃が試料の表面から内部に向けて連続的な斜め切削断面を形成する場合には、切削する切削速度比（切刃垂直移動速度／切刃水平移動速度）が１／５から１／２０であることが好ましく、試料の種類や硬さや弾性によって調整が行えるものであるが、これに限定されるものではない。
【００２２】
また、試料の段階的な切削面を形成する際の切削条件としては、切刃の刃幅０．３〜４ｍｍ、切削加工時間１０〜３６００ｓｅｃ、切刃垂直移動速度０．００２〜５μｍ／ｓｅｃ、切削深度０〜１０００μｍ、切刃水平移動速度０．０２〜５０μｍ／ｓｅｃ、切刃が試料の表面から内部に向けて連続的な斜め切削断面を形成する場合には、切削する切削速度比（切刃垂直移動速度／切刃水平移動速度）が１／５から１／２０であることが好ましく、試料の種類や硬さや弾性によって調整が行えるものであるが、これに限定されるものではない。また、切削速度比については、切削途中に切刃を試料表面に対して平行方向に移動させ切削することによって切削面を形成する場合は、この条件比に限定されない。
【００２３】
更に、試料の材質等によって、試料を切削するための最適な条件を変更し、切削することができる。
【００２４】
本発明でいうテーパ状に切削するとは、円錐等のような先細りになっている状態、勾配状に切削することである。
【００２５】
本発明でいうＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の三次元の画像情報を、画像取得手段によって切削前の試料の表面から見て二次元的に取得するとは、Ｚ軸方向（深さ方向）及びＸＹ軸方向（縦横方向）の三次元の切削面画像情報を、平面的な二次元の切削面画像情報として、切削前の試料の表面方向から電子顕微鏡等の画像取得手段によって取得することである。
【００２６】
形成した試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面の、インキ皮膜内部の深度方向の状態、紙の深度方向へのインキ及び添加薬品の転移状態、基材との界面の状態、浸透状態及び分布状態、並びに試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面の紙層構造及び塗工層構造の観察時間には多少のズレがあっても良いが、その中でも試料への浸透性や表面への拡散性の高いインキなどの分散状態及び浸透状態を観察する場合には、切削面において化学変化を少なくし、形態が異なったりしないように切削環境から温湿度の影響を極力削減し、組成構造及び組成骨格が表面層とは異なるバルク状態であることが好ましいことから、切削加工後、すみやかに画像情報を取得するか、あるいは四酸化オスミウムまたは臭素等による化学的処理を施すことが望ましい。
【００２７】
化学的処理の一例として、試料の切削面または切削片に含まれる被観察物質において、二重結合が含まれる場合には、四酸化オスミウムまたは臭素を選択的に付加反応させる方法が簡便でかつ有効である。試料が多孔質の場合には切削前に気相処理によって試料内部まで付加させてもよいし、切削後に前記化学物質を付加させた後、試料を一旦真空中に放置し、物理吸着した化学物質を取り除いてもよい。
【００２８】
形成した試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面の画像情報取得手段において、光学顕微鏡、電子顕微鏡あるいは元素分析装置を用い、場合によっては化学処理を行い、紙への塗工液の浸透及び分布状態、インキ皮膜内部の深度方向の状態、紙の紙層構造及び塗工層構造を観察または可視化する。
【００２９】
紙における、形成した試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面の観察法に関して、表面から斜め方向に内部に切削し切削面を形成し、場合によっては化学処理を行い、光学顕微鏡またはＳＥＭ（電子顕微鏡）で拡大観察し、並びにＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析）やＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）等による元素分析装置による元素マッピングをし、塗工液、内添薬品等の浸透状態及び分布状態をモニタに映し、さらにはモニタの画像をプリンタ等の出力装置で出力することで可視化画像を得て解析に供する。
【００３０】
印刷物における、形成した試料の切削面、並びに切削にともなう切削片の切削面の観察法に関して、表面から斜め方向に内部に切削し切削面を形成し、インキ成分が不飽和二重結合または末端二重結合を持つバインダー成分を含む場合によっては化学的な修飾処理を行い、光学顕微鏡またはＳＥＭ（電子顕微鏡）で拡大観察し、並びにＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析）やＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）等による元素分析装置による元素マッピングをし、印刷物の表面状態、インキ皮膜内の状態及び印刷基材に内部の深度位置におけるワニス成分、顔料成分等のインキ構成成分の分布をはじめとしバインダー成分の反応状態をもモニタに映し、さらにはモニタの画像をプリンタ等の出力装置で出力することで可視化画像を得て解析に供する。
【００３１】
インキの乾燥においては、熱風乾燥、遠赤外線乾燥等の強制的な加熱乾燥はもちろん常温で架橋効果があるものでも制限はなく、印刷インキのバインダー成分が二次元、あるいは三次元架橋を目的とした強制的な乾燥方法として、電子線、あるいは紫外線を用いた方法があり、形成した切削面の化学的な修飾を含む反応を防ぐために凍結した状態で紙又は印刷物を切削するとさらに望ましい。
【００３２】
本発明で用いる試料において、極薄い又は柔らかい紙のような材質を切削するにあたっては、被観察物質が溶解せず分布状態等に影響を及ぼさない水等に代表される媒体で、調湿したり、浸漬したりした後、液体窒素等で媒体を凍結した状態で切削し、その後、凍結乾燥等を行うことによって更に切削を容易にし、観察に適した試料の切削面を提供できる。
【００３３】
被印刷体とインキは、印刷物の濃度、均一性等の印刷物品質をはじめ浸透インキのプリントスルー等トラブルに関する重要な要因となっている。これらの情報を簡便にかつ的確に得ることによって、塗工材料の開発、塗工方法の検討、カレンダー条件の検討をはじめ、浸透をコントロールしたインキの開発に大きく寄与できる。特に、用紙内部での目視で判定できない情報を可視化し、さらに拡大画像として取得でき、本発明の利用可能分野は広い。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、本実施例及び比較例では、上質紙及びコート紙を用い、水性グラビアインキ（ディックセーフＷＨ５０７原色藍：大日本インキ化学工業株式会社製）を使用し、線数２５０線、版深２４μｍからなるグラビア版面の画線部にインキを充填し、４９０Ｎ／ｃｍの印刷圧力を加え、上質紙及びコート紙に印刷した。
【００３５】
上記条件にて印刷を行った後、図２に示すような連続的な切削面形成法によって上質紙及びコート紙の切削面を形成する。その際の切削面形成は、表面・界面物性解析装置（ダイプラ・ウィンティス株式会社製）を用いて、切刃（２）の刃幅1ｍｍ、切刃水平移動速度０．５μｍ／ｓｅｃ及び切刃垂直移動速度０．０５μｍ／ｓｅｃにて、試料表面に対して切削角度約６°で切削深度（５）６０μｍの深さまで長距離にわたる斜め切削面（７）を６００μｍに展開して形成し印刷物の切削加工を約２分間の切削時間で行った。
【００３６】
図４は、上記条件で形成した上質紙の切削面（７）を８０倍に拡大した写真である。まず、印刷を行った上質紙の切削面において光学的顕微鏡を用い、印刷物の試料の表面（１）及び切削面（７）の画像をモニタで写し、さらにプリントアウトし観察し評価を行った。その結果、上質紙においては紙の表面の平滑性が劣り、切削面において絡み合う繊維（８）間からなる凹凸が紙の表面及び内部まで存在しており、凹部へのインキの転移状態（１０）及びうっすらと観察されるインキの浸透状態（９）が観察できた。
【００３７】
図５は、上記条件で形成したコート紙の切削面（７）を８０倍に拡大した写真である。まず、印刷を行ったコート紙の切削面において光学的顕微鏡を用い、印刷物の表面（１）及び切削面（７）の画像をモニタで写し、さらにプリントアウトし観察し評価を行った。その結果、コート紙においては、紙の表面には平滑な塗工面があり、表層付近に繊維は観察されなかった。また、表面から内部にかけてインキの浸透状態（９）を示す青い点が観察でき、深くなるにつれて青い点の分布が少なくなった。コート紙は、塗工剤が紙表面を覆っているため、塗工層の細孔部分から内部に毛細管現象によって紙内部に浸透していることが分かる。
【００３８】
図６は、上記条件で形成したコート紙の切削面（７）を低真空ＳＥＭで観察した際の組成像を示している。組成像の中では、主に有機物で構成される繊維と浸透したインキは、塗工層よりも暗く観察された。塗工層の中に、露出した原紙の繊維の絡み合い状態が深さ方向にわたって観察できる。
【００３９】
（比較例）
図７は、紙または印刷物の断面形成法を示したものである。実施例で形成した印刷物を集束イオンビーム法で断面を形成したが、平面的に点在する細孔は断面に観察されず、コート層の表面部分に存在するインキ層、コート層及び紙層構造が断面から観察されるのみであり、本発明に係わる観察法が、特に、深さ方向に対して厚さの少ない薄い被観察層部分、及び平面的に散点状に点在する特徴を一つの観察試料で、簡便に観察するのに適していることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】切削装置の全体図を示す。
【図２】試料の連続的な切削面形成状態を示す。
【図３】試料の断続的な切削面形成状態を示す。
【図４】本発明における上質紙の切削面の写真を示す（×８０倍）。
【図５】本発明におけるコート紙の切削面の写真を示す（×８０倍）。
【図６】本発明におけるコート紙の切削面の低真空ＳＥＭによる組成像の写真を示す（×８０倍）。
【図７】紙または印刷物の断面形成法を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１  試料の表面
２  切刃
３  カメラ
４  モニタ
５  切削深度
６  切削距離
７  切削面
８  繊維
９  インキの浸透状態
１０  インキの転移状態
１１  切削片の切削面
１２  切削距離
【図１】
2005127938.tif 000003
【図２】
2005127938.tif 000004
【図３】
2005127938.tif 000005
【図４】
2005127938.tif 000006
【図５】
2005127938.tif 000007
【図６】
2005127938.tif 000008
【図７】
2005127938.tif 000009