(57)【要約】【課題】表面突起膜及びその形成方法を提供する。【解決手段】形状異方性を有するフィラー１２ｂをバインダー１２ａに添加し混合して塗布材料１２を生成する第一の段階と、生成した塗布材料１２を、基材１１の表面に塗布する第二の段階と、塗布材料１２を塗布した基材１１を磁場中に所定時間保持して、塗布材料１２中のフィラー１２ｂを配向させる第三の段階と、塗布材料１２を硬化させる第四の段階と、塗布材料中のフィラー１２ｂを塗布材料１２の表面から突出するようにバインダー１２ａを表面から所定深さだけエッチングにより除去して表面突起膜とする第五の段階を経て形成する。非磁性のフィラー１２ｂであっても、多くのフィラー１２ｂが表面から突出した表面突起膜１０を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状異方性を有するフィラーをバインダーに添加し混合して塗布材料を生成する第一の段階と、
第一の段階で生成された塗布材料を、基材の表面に塗布する第二の段階と、
第二の段階で塗布材料が塗布された基材を磁場中に所定時間保持して、塗布材料中のフィラーを配向させる第三の段階と、
塗布材料を硬化させる第四の段階と、
塗布材料中のフィラーを塗布材料の表面から突出するように、バインダーを表面から所定深さだけエッチングにより除去して表面突起膜とする第五の段階と、
を含んでいることを特徴とする、表面突起膜の形成方法。
【請求項２】
前記フィラーが非磁性体材料から成り、前記磁場の強度が０．３テスラ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の表面突起膜の形成方法。
【請求項３】
前記塗布材料への前記フィラーの添加率を変化させることにより前記表面突起膜の表面特性を変化させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の表面突起膜の形成方法。
【請求項４】
前記第五の段階におけるエッチングにおいて、バインダーに対するエッチングレートが高くかつフィラーに対するエッチングレートが低いことを特徴とする、請求項１に記載の表面突起膜の形成方法。
【請求項５】
前記第五の段階におけるエッチングにおいて、バインダーのみを溶解し、かつフィラーが溶解しないことを特徴とする、請求項１に記載の表面突起膜の形成方法。
【請求項６】
前記第五の段階におけるエッチングにおいて、エッチング時間を変えることにより前記表面突起膜の表面特性を変化させることを特徴とする、請求項１，４，５の何れかに記載の表面突起膜の形成方法。
【請求項７】
基材と該基材の表面に塗布され硬化された塗布材料とを備え、
上記塗布材料は、バインダーと形状異方性を有するフィラーとを含み、
上記バインダー中で磁場をかけてフィラーを配向させ塗布材料を硬化させた後、フィラーが塗布材料の表面から突出するように上記バインダーを表面から所定深さだけエッチングにより除去してなることを特徴とする、表面突起膜。
【請求項８】
前記フィラーが非磁性体から成ることを特徴とする、請求項７に記載の表面突起膜。
【請求項９】
基材と該基材の表面に配設された塗膜とを備え、
上記塗膜は、バインダーと形状異方性を有するフィラーとを含み、
上記フィラーが非磁性体から成り、上記塗膜の表面から突出して突起となっていることを特徴とする、表面突起膜。
【請求項１０】
前記フィラーがパール顔料から成ることを特徴とする、請求項９に記載の表面突起膜。
【請求項１１】
前記パール顔料の前記塗膜表面からの突出量により、前記表面突起膜の摩擦係数が制御されていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の表面突起膜。
【請求項１２】
前記パール顔料の前記塗膜の濃度及び／又は前記塗膜表面からの突出量により、前記表面突起膜の溶媒に対する親和性が制御されていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の表面突起膜。
【請求項１３】
前記フィラーがホウ酸アルミニウムウィスカから成ることを特徴とする、請求項９に記載の表面突起膜。
【請求項１４】
前記ホウ酸アルミニウムウィスカの前記塗膜表面からの突出量により、前記表面突起膜の摩擦係数が制御されていることを特徴とする、請求項９又は１３に記載の表面突起膜。
【請求項１５】
前記ホウ酸アルミニウムウィスカの前記塗膜の濃度及び／又は前記塗膜表面からの突出量により、前記表面突起膜の溶媒に対する親和性が制御されていることを特徴とする、請求項９又は１３に記載の表面突起膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面突起膜及びその形成方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、塗工または印刷等により形成される表面突起膜及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば形状異方性を有するフィラーを、所謂バインダーに対して添加した塗布材料を使用して塗膜を形成した場合には、塗膜中のフィラーは、塗装の際に塗工方向に沿って整列して配向することになる。これに対して、従来、表面に突起を施して機能性を付与するようにした塗膜の形成が種々試行されており、このような塗膜（表面突起膜）に使用される材料や形成方法、そして付与される機能性は多岐に亘っている。
【０００３】
例えば、特許文献１には溌水塗膜が開示されている。特許文献１の溌水塗膜は、フィラーの一方の端部を磁性材料または誘電体で形成することにより、基材に塗布されたフィラーを含有する塗布材料の硬化前にこの塗布材料に対して磁界または電界を印加して、フィラーを基材の表面に所定角度好ましくは垂直に配向させるようにして形成している。このような溌水塗膜によれば、塗膜中のフィラーの配向を制御することによって、垂直に配向したフィラーの少なくとも一部が塗布材料の表面から突出する。これにより、塗膜表面に高い溌水性が得られる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０５００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１による溌水塗膜においては、磁界または電界の印加によりフィラーを塗布材料の表面領域で所定角度に配向させるために、フィラーの一方の端部が磁性材料や誘電体から構成されている。従って、通常のフィラーの一端に磁性材料や誘電体を接着等により結合させる工程が必要になる。このため、フィラーのコストが高くなってしまう。
【０００６】
また、フィラーは、一方の端部に結合された磁性材料や誘電体を磁界または電界を印加して誘引することにより、基材表面に対して所定角度で配向する。しかしながら、フィラーの少なくとも一部を表面から突出させるための具体的手段は明記されていない。
従って、この配向工程においては、塗布材料の表面からフィラーの他方の端部を突出させることはできないので、塗布材料の塗布厚がフィラーの長さより長い場合には、フィラーが塗布材料の表面から全く突出しない可能性もある。
このため、フィラーの少なくとも一部を塗布材料の表面から突出させるためには、例えばワイピングや研磨等の工程が必要になる。このため、ワイピングや研磨等の工程により塗布材料の表面が荒れてしまい、塗膜の機能性が失われてしまうことがある。
【０００７】
これに対して、例えば全体が反磁性体や常磁性体から成るフィラーを使用する場合には、基材表面に対してフィラーを所定角度で配向させ、かつフィラーの少なくとも一部を塗布材料の表面から突出させることは困難である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、全体が非磁性体から成るフィラーであっても、多くのフィラーが塗膜の表面から突出するようにした、表面突起膜及びその形成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の表面突起膜の形成方法は、形状異方性を有するフィラーをバインダーに添加し混合して塗布材料を生成する第一の段階と、第一の段階で生成された塗布材料を基材の表面に塗布する第二の段階と、第二の段階で塗布材料が塗布された基材を磁場中に所定時間保持して塗布材料中のフィラーを配向させる第三の段階と、塗布材料を硬化させる第四の段階と、塗布材料中のフィラーを塗布材料の表面から突出するように、バインダーを表面から所定深さだけエッチングにより除去して表面突起膜とする第五の段階と、を含んでいることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、表面に塗布材料が塗布された基材に対して磁場が加えられることにより、硬化前のバインダー中において、形状異方性を有するフィラーが材料の磁性特性に応じて磁力線からの磁気力を受ける。その際、個々のフィラーは、異方性磁化率が正の場合にはその長手方向に関してより大きな磁気力を受けることになる。従って、各フィラーは、その長手方向が磁力線の方向に沿って配向する。一方、フィラーの異方性磁化率が負の場合には短手方向に大きな磁化率を有しているので、フィラーはその短手方向が磁力線の方向に沿って配向する。そして、塗布材料の硬化後に、塗布材料の表面領域において所定深さだけバインダーがエッチングにより除去される。これにより、単に磁性体を塗布し配向させる場合よりも、多くのフィラーを、塗布材料の表面から上方に突出させることができる。
【００１１】
本発明による表面突起膜の形成方法は、好ましくはフィラーが非磁性体材料から成り、磁場の強度が０．３テスラ以上である。この場合、強磁場によりフィラーを配向させるので、フィラーが非磁性体であっても配向させることができる。従って、フィラーの磁性が制限されるようなことはない。
【００１２】
本発明による表面突起膜の形成方法は、好ましくは、塗布材料へのフィラーの添加率を変化させることにより表面突起膜の表面特性を変化させる。この場合、塗布材料へのフィラーの添加率を変えて、表面突起膜の摩擦係数や溶媒に対する親和性等の表面特性を変えることができる。
【００１３】
本発明による表面突起膜の形成方法は、好ましくは、第五の段階におけるエッチングにおいて、バインダーに対するエッチングレートが高くかつフィラーに対するエッチングレートが低い。従って、第五の段階において、バインダーがフィラーと比較してより多くエッチングされることになり、多くのフィラーが塗布材料の表面から上方に突出する。
【００１４】
本発明による表面突起膜の形成方法は、好ましくは、第五の段階におけるエッチングにおいて、バインダーのみが溶解しかつフィラーが溶解しない。このため、エッチングによりバインダーのみが溶解し除去されることに成り、より効果的に多くのフィラーが塗布材料の表面から上方に突出する。
【００１５】
本発明による表面突起膜の形成方法は、好ましくは、第五の段階におけるエッチングにおいて、エッチング時間を変えることにより表面突起膜の表面特性を変化させる。この場合、エッチング時間を変えてフィラーの塗膜からの突出量を変化させるで、表面突起膜の摩擦係数や溶媒に対する親和性等の表面特性を変えることができる。
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の表面突起膜は、基材と基材の表面に塗布され硬化された塗布材料とを備え、塗布材料はバインダーと形状異方性を有するフィラーとを含み、バインダー中で磁場をかけてフィラーを配向させ塗布材料を硬化させた後、フィラーが塗布材料の表面から突出するようにバインダーを表面から所定深さだけエッチングにより除去してなることを特徴とする。
上記構成において、フィラーは、好ましくは非磁性体から成る。
【００１７】
本発明の表面突起膜の別の構成は、基材と基材の表面に配設された塗膜とを備え、塗膜は、バインダーと形状異方性を有するフィラーとを含み、フィラーが非磁性体から成り、塗膜の表面から突出して突起となっていることを特徴とする。
上記構成において、フィラーは、好ましくはパール顔料である。パール顔料の塗膜表面からの突出量により、表面突起膜の摩擦係数が制御され得る。
パール顔料の塗膜の濃度及び／又は塗膜表面からの突出量により、表面突起膜の溶媒に対する親和性が制御されていてもよい。
フィラーは、ホウ酸アルミニウムウィスカであってもよい。ホウ酸アルミニウムウィスカの塗膜表面からの突出量によって、好ましくは、表面突起膜の摩擦係数が制御されている。ホウ酸アルミニウムウィスカの塗膜の濃度及び／又は塗膜表面からの突出量によって表面突起膜の溶媒に対する親和性が制御されていてもよい。
【００１８】
本発明の表面突起膜において、基材上に塗布された塗布材料のフィラーを磁場により基材表面に垂直に配向させると共に、バインダーの表面から所定深さのエッチングでバインダーを除去し、多くのフィラーが塗布材料の表面から上方へ突出することで、表面に突起による摩擦係数や溶媒に対する親和性等の機能性が付与されることになる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、非磁性体のフィラーであっても、多くのフィラーが塗布材料の表面領域から突出され得るようにした表面突起膜及びその形成方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
図１は、本発明により形成された表面突起膜１０の一実施形態の構成を示す模式的な断面図である。図１において、表面突起膜１０は、基材１１とこの基材１１の表面に塗布され硬化された塗布材料１２とから構成されている。塗布材料１２はバインダー１２ａ中にフィラー１２ｂを添加したものであり、十分に混合された状態で基材１１の表面に塗布されるようになっている。フィラー１２ｂは、少なくともその一部が塗布材料１２から突出している。つまり、表面突起膜１０は、基材１１とこの基材１１の表面に配設された塗布材料１２からなる塗膜とを備え、フィラー１２ｂの一部が塗膜から突出して突起となっている。
ここで、フィラー１２ｂは、細長い形状、例えば針状、板状、鱗状等の形状異方性を備えた形状を有している。フィラー１２ｂが細長い形状を有している場合、その断面のアスペクト比は例えば２以上が望ましい。ここで、アスペクト比とは、長さと幅又は直径との比率（長さ／幅）のことである。
【００２１】
基材１１は非磁性体からなる。基材１１は、板状またはフィルム状の塗布材料１２を塗布できる材料であれば、天然繊維、木材、各種プラスチックからなる合成樹脂、金属、セラミックス、ガラス、セメント、ケイ素化合物、生体材料などからなる種々の材料を用いることができる。本発明において、非磁性体は、反磁性体、常磁性体、反強磁性体の何れかの総称である。
【００２２】
合成樹脂からなる基材１１としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなるフィルムを使用することができる。さらに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタアクリレート、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、セロハン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルペンテン、ポリブテン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、オキシベンゾイルポリエステル、ポリ乳酸、ポリカプロラクタムなどのプラスチック材料を用いることができる。
【００２３】
金属からなる基材１１としては、非磁性の金属であるアルミ二ウム、銅、金、銀、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、アンチモン、テルル、鉛、パラジウム、カドミウム、ビスマス、スズ、セレン、インジウム等を用いることができる。金属からなる基材１１は金属化合物を用いてもよく、上記非磁性の金属からなる、酸化物、窒化物又は合金等であってもよい。
【００２４】
図２は、図１の表面突起膜１０において硬化前の磁場印加開始時の状態を示す概略断面図である。
図２（Ａ）に示すように、硬化前の表面突起膜１４において、フィラー１２ｂは塗布材料１２が基材１１の表面に塗布された後に、後述するように磁場Ｈをかけることにより図２（Ｂ）に示すように、磁場方向に配向する。
【００２５】
ここで、バインダー１２ａは、容易にフィラー１２ｂを混合でき、塗布後の硬化工程において容易に硬化され得ると共に、後述するエッチング工程でフィラー１２ｂよりも比較的エッチングレートの高い材料を使用する。つまり、バインダー１２ａは、フィラー１２ｂよりもエッチングされ易い材料であり、好ましくは選択エッチングできる材料である。
【００２６】
バインダー１２ａとしては、有機系の紫外線硬化型、溶剤型、熱可塑型、熱硬化型の樹脂や、無機系の金属アルコキシドによるゾルゲル膜、無機高分子やケイ酸アルカリ水溶液などが使用される。
【００２７】
紫外線硬化型のバインダー１２ａとしては、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、スチレンアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、エポキシ樹脂などを挙げることができる。
【００２８】
溶剤型のバインダー１２ａとしては、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニルなどのビニル系樹脂や、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などのスチレン系樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体などのエチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、エチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロースなどのセルロース系樹脂、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂、ポリエステルなどを挙げることができる。
【００２９】
熱可塑型のバインダー１２ａとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリビニルホルマール、ポリアセタール、ポリ塩化ビニリデン、ナイロンなどが挙げられる。
【００３０】
熱硬化型のバインダー１２ａとしては、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、アルキド樹脂、シリコン樹脂、ジアリルフタレート樹脂などが挙げられる。なお、バインダー１２ａとして、熱可塑型樹脂や熱硬化性樹脂が使用される場合には、基材１１として耐熱性のある材料が使用される必要がある。
【００３１】
金属アルコキシドによるゾルゲル膜としては、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコキシド、その他Ｍｇアルコキシド、Ｔｉアルコキシド、Ｚｒアルコキシドなどが挙げられる。Ｓｉアルコキシドとしては、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシランなどが挙げられる。Ａｌアルコキシドとしては、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムイソブトキシドなどが挙げられる。
【００３２】
無機高分子としては、ポリシラザン、パーヒドロポリシラザンなどが挙げられる。
【００３３】
フィラー１２ｂは、アルミニウム、金、銀等の金属微粒子や、カーボン、ＩＴＯ、酸化亜鉛、マイカ（雲母）等の無機材料、ポリマー微粒子等の有機材料からなる。フィラー１２ｂは、常磁性、反磁性、反強磁性の何れかの非磁性材料を使用することができる。フィラー１２ｂは、垂直磁場に対して垂直に配向する異方性磁化率が正の非磁性体材料が使用できる。フィラー１２ｂとして、異方性磁化率が負の非磁性体材料も使用することができる。この場合、フィラー１２ｂは水平磁場に対して垂直に配向する。ここで、フィラー１２ｂの質量磁化率は、常磁性体及び反強磁性体が正の値であり、反磁性体では負の値である。
【００３４】
質量磁化率の例を挙げる。ＳｉＯ２の質量磁化率は、−０．４９３×１０−６ｍ３／ｋｇの反磁性体であり、Ａｌ２Ｏ３の質量磁化率は、−０．３６３×１０−６ｍ３／ｋｇの反磁性体であり、ＭｎＣｌ２の質量磁化率は、１１４×１０−６ｍ３／ｋｇの常磁性体であり、Ｆｅ３Ｏ４の質量磁化は、９１．２Ｇｍ３／ｋｇの強磁性体である。この質量磁化率の絶対値が１０−３ｍ３／ｋｇ以下の微粒子であっても、磁場Ｈが０．３テスラ（Ｔ）以上の強磁場である場合には、非磁性体から成るフィラー１２ｂが、磁気配向して、塗布材料１２の表面に対して垂直又は斜め方向に配向される。
【００３５】
さらに、フィラー１２ｂが、後述するエッチング工程でバインダー１２ａをエッチングすることで表面突起膜１０の表面に露出される。このため、フィラー１２ｂは、バインダー１２ａよりもエッチングレートの低い材料を用いる。つまり、フィラー１２ｂは、バインダー１２ａよりもエッチングし難い材料が好ましい。
【００３６】
バインダー１２ａがポリエチレン等の有機系材料から成り、このバインダー１２ａを酸素プラズマエッチングにより溶解させる場合には、フィラー１２ｂは、シリカや金属などの無機材料や、ポリイミドなどのエッチングレートの低い材料が使用される。しかしながら、バインダー１２ａは、フィラー１２ｂよりもエッチングレートの高い材料を用いてもよい場合がある。
【００３７】
バインダー１２ａがポリスチレン等の有機系材料から成る場合は、このバインダー１２ａを溶媒によりエッチングすることができる。この場合のフィラー１２ｂとしては、上記溶媒に溶解しない無機材料やフッ素樹脂などの材料が使用される。
【００３８】
バインダー１２ａが無機系材料から成り、このバインダー１２ａを酸やアルカリ等によりエッチングする場合には、フィラー１２ｂは、これらの酸やアルカリ等に対して耐久性があり溶解しない材料を用いることができる。また、上記エッチング液に対するバインダー１２の溶解度がフィラー１２ｂの溶解度より小さくてもよい。バインダー１２ａが例えばＳｉＯ２の場合、フィラー１２ｂとしてはポリエチレンなどを用いることができる。
【００３９】
上述した実施形態においては、フィラー１２ｂは非磁性体から構成されているが、これに限らず強磁性体から構成されていてもよいことは明らかである。
【００４０】
図３は図１の表面突起膜１０の磁場印加工程を示す一部破断斜視図であり、図４は図３の磁石内部を示す部分拡大断面図である。図３及び図４に示すように、磁場Ｈの印加は、具体的には磁石２０を使用することにより実施される。図示するように、硬化前の表面突起膜１４が、磁石２０内に配置されている。磁石２０としては、永久磁石、電磁石を使用することができる。特に強磁場の発生が必要な場合には超伝導磁石を使用することができる。
ここで、磁石２０は中空円筒状に構成されており、その垂直方向に延びる中空部２１内において上向きの磁場Ｈが生成されるようになっている。これにより、中空部２１内に上述したように塗布材料１２を塗布した基材１１が配置されることで、塗布材料１２に対して磁場Ｈが印加される。
【００４１】
図５は、図３及び図４の磁石２０による磁場印加及び磁場勾配を示す概略図である。
図５に示すように、磁石２０の中空部２１内において、垂直方向に関して磁気勾配が生じることが知られている。この磁場勾配は、図５の右側のグラフから明らかであるように、磁気中心Ｏから垂直方向にずれた位置において最大値を与えるようになっている。塗布材料１２を塗布した基材１１は、磁気中心Ｏ又は磁気中心Ｏから例えば上方に距離ｄだけずれた位置に配置すればよい。
【００４２】
フィラー１２ｂが磁場中に配置されることによって、当該フィラー１２ｂには磁気力が作用する。従って、フィラー１２ｂは、その方向によって磁化率が異なる場合には、次のように配向する。フィラー１２ｂの異方性磁化率が正の場合、フィラー１２ｂは長手方向に大きな磁化率を有しているので、フィラー１２ｂはその長手方向が磁力線の方向、即ち、垂直方向に沿って配向することになる。
【００４３】
逆に、フィラー１２ｂの異方性磁化率が負の場合、フィラー１２ｂは短手方向に大きな磁化率を有しているので、フィラー１２ｂはその短手方向が磁力線の方向に沿って配向することになる。この場合には、図５の磁化方向を基材１１の表面に対して水平方向に印加することで、フィラー１２ｂを磁化方向に対して垂直、つまり、基材１１に対して垂直方向に配向することができる。
【００４４】
磁気力としては、磁気アルキメデス効果による磁気浮上を利用してもよい。この場合、非磁性体のフィラー１２ｂを磁気浮上させるには強磁場が必要となる。この強磁場発生には、超伝導磁石２０を用いることができる。磁気アルキメデス効果を利用する場合には、フィラー１２ｂが磁気勾配の最大値付近に位置するように、塗布材料１２を塗布した基材１１を、図に示す磁気中心Ｏから例えば上方に距離ｄだけずれた位置に配置すればよい。
【００４５】
ここで、磁場の値としては、フィラー１２ｂの質量磁化率にもよるが、非磁性体のフィラー１２ｂの場合には、磁場中心において、０．５テスラ以上の磁束密度であることが好ましい。このような磁場は、超伝導磁石２０により発生することができる。フィラー１２ｂの質量磁化率の絶対値が１０−３ｍ３／ｋｇ以下の非磁性体材料から成る微粒子であれば、１テスラ以上の磁場Ｈをかけることによって、各フィラー１２ｂをそれぞれ磁力線の方向に沿って確実に配向させることができる。
【００４６】
バインダー１２ａ及びフィラー１２ｂが共に反磁性体からなる材料の場合、両者が磁場に反発する力を受ける。塗布材料１２を磁場中心よりも上側に置くと、フィラー１２ｂの反発力が重力よりも強い場合には、フィラー１２ｂは塗布した塗布材料１２である塗膜の上部に分離する。バインダー１２ａが常磁性体からなる材料の場合、バインダー１２ａは磁場中心に誘引されるため、フィラー１２ｂの塗膜上部への分離はより促進される。
【００４７】
フィラー１２ｂが常磁性体や反強磁性体からなる材料の場合、フィラー１２ｂは磁場に誘引される力を受ける。塗布材料１２を磁場中心よりも下側に置くと、フィラー１２ｂが塗膜の上部に分離する。
【００４８】
さらに、このように各フィラー１２ｂが基材１１の表面に対して垂直に配向した後、図２（Ｂ）において鎖線Ｃから上側における塗布材料１２の表面から所定深さまでの範囲で、塗布材料１２中のバインダー１２ａのみがエッチングにより除去される。エッチングは、バインダー１２ａに対してエッチングレートが高く、かつフィラー１２ｂに対してエッチングレートが低くなるように、バインダー１２ａ及びフィラー１２ｂの材料に応じて適宜な方法、例えばドライエッチングやウェットエッチングが選定される。これにより、塗布材料１２中において垂直方向に配向したフィラー１２ｂの多くが、塗布材料１２のエッチングにより形成された新たな表面から上方に突出することになる。
【００４９】
本発明の実施形態による表面突起膜１０は以上のように構成されており、非磁性体のフィラー１２ｂであっても、多くのフィラー１２ｂが塗布材料１２の表面から突出した表面突起膜１０が提供される。
【００５０】
本発明の表面突起膜１０によれば、その表面に多くのフィラー１２ｂが突出していることで、その形状に基づく機能、フィラー１２ｂが備えた性質による機能、フィラー１２ｂが備えている性質をより向上させた機能、フィラー１２ｂの形状及びその性質の相乗効果による機能などにより表面突起膜１０に機能性を付与することができる。つまり、フィラー１２ｂの材質や表面突起膜１０の表面に形成された突起の長さ、突起の密度によって表面突起膜１０に接触する水や溶媒への親和性を制御することができる。これらの機能を組み合わせにより得られる機能も付与され得ることになる。例えば、表面の微細な凹凸形状の突起によって、親水度を制御することができる。これにより、本発明の表面突起膜１０によれば、特定の物質への密着性を出現させたり、親水性の基材１１の表面を撥水性に変えたりすることができる。特定の物質としては、親水塗膜又は撥水塗膜、細胞培養や再生医療用の生体材料などが挙げられる。
また、本発明の表面突起膜１０によれば、その表面に多くのフィラー１２ｂが突出しているので、表面積が増大することによって接着性や摩擦係数が向上する。表面突起膜１０の摩擦係数を制御することにより、ブレーキなどに使用する摩擦材として応用できる。
さらに、フィラー１２ｂが触媒作用や吸着作用を備えている場合には、触媒フィルム基材や吸着能を備えたフィルム基材となる表面突起膜１０が作製されることになる。触媒フィルム基材の応用としては、燃料電池や蓄電キャパシタに用いるセパレータや電極材料などが挙げられる。
【００５１】
次に、本発明の実施形態による表面突起膜１０の形成方法について説明する。
図６は本発明による表面突起膜１０の形成方法の一実施形態を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、バインダー１２ａ中にフィラー１２ｂを添加して混合すること
により、塗布材料１２を作製する。この場合、塗布材料１２中のフィラー１２ｂの添加量や濃度を変えることによって、表面突起膜１０の表面特性を変化させることができる。
【００５２】
続いて、ステップＳ２において、図２（Ａ）に示すように、この塗布材料１２を基材１１の表面に塗布する。
ここで、基材１１への塗布材料１２の塗布方法としては、スプレー法、刷毛塗り、グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、ダイレクトグラビアコート、グラビアリバースコート、マイクログラビアコート、ロールコート、ダイコート、スピンコート、ワイヤーバーコート、ナイフコート、エアーナイフコート、カーテンコ一ト、ディップコート、コンマコートなどの方法により行うことができる。
【００５３】
その後、ステップＳ３において、塗布材料１２が塗布された基材１１を、図５に示すように磁石２０の中空部２１内に配置し、磁石２０を動作させて所定時間だけ磁場Ｈを印加する。これにより、図２（Ｂ）に示すように、異方性磁化率が正のフィラー１２ｂは、磁力線の方向に沿って配向する。また、異方性磁化率が負のフィラー１２ｂは、磁力線の方向に対して直交する方向に沿って配向する。
【００５４】
次に、ステップＳ４において、磁石２０の中空部２１内で磁場Ｈを印加したままの状態で、適宜の方法により、塗布材料１２のバインダー１２ａを硬化させる。例えば、バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂を用いる場合には、塗布材料１２が塗布された基材１１に対して紫外線を照射することにより、バインダー１２ａを硬化させる。また、バインダー１２ａとして熱硬化性樹脂を用いる場合には、赤外線などの熱源から熱を照射して硬化してもよい。このようにして、塗布材料１２中においてフィラー１２ｂが垂直方向に配向した状態においてバインダー１２ａ中に固定保持される。
【００５５】
続いて、磁場印加が停止し、その中空部２１内から塗布材料１２が塗布された基材１１が取り出された後、ステップＳ５において、塗布材料１２の表面から所定深さだけバインダー１２ａがエッチングにより除去される。
これにより、図１に示すように、フィラー１２ｂは、バインダー１２ａのエッチングにより形成された新たな表面領域において、少なくともその一部が表面から突出する。このようにして、エッチングが行われることによりステップＳ６において、表面突起膜１０が完成する。さらに、バインダー１２ａのエッチング時間を調整して、フィラー１２ｂの塗膜表面からの突出量を変化させることができる。フィラー１２ｂの塗膜表面から突出する突起の長さを変化させることによって、表面突起膜１０の表面に対する摩擦係数や溶媒に対する親和性を制御することができる。
【００５６】
上記した本発明実施形態による表面突起膜１０の形成方法によれば、バインダー１２ａの硬化前に磁場Ｈを印加することによって、バインダー１２ａ中の非磁性体から成るフィラー１２ｂが塗布材料１２の表面に対して垂直又は斜めに配向する。バインダー１２ａの硬化後のエッチング工程によりフィラー１２ｂがバインダー１２ａの表面から突出することになる。このため、単に磁性体を塗布し配向させる場合よりも、多くのフィラー１２ｂを、塗布材料１２の表面から上方に突出させることができる。従って、塗布材料１２の表面が、突出した多くのフィラー１２ｂにより種々の特性を備えることにより、種々の機能性を持った表面突起膜１０を作製することが可能になる。
【実施例１】
【００５７】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１の表面突起膜１０においては、バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂（Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ製、ＵＶフレキソニス）を、フィラー１２ｂとしてホウ酸アルミニウムウィスカ（四国化成工業製、アルボレックスＹ）を、そして基材１１としてＰＥＴフィルムを使用した。
【００５８】
磁石２０としては、超伝導磁石（住友重機械工業製、スプリット型ＨＦ５−１００ＶＴ−５０ＨＴ）を使用した。
【００５９】
図７は、図１の表面突起膜１０の具体的な実施例で使用される超伝導磁石２０の磁束密度分布及び磁気勾配を示すグラフである。図７の横軸は超伝導磁石２０の中心からの位置（ｃｍ）であり、左縦軸は磁束密度（Ｔ）、右縦軸は磁気勾配（Ｔ２／ｍ）である。ここで、磁気勾配は、Ｂｚ×（ｄＢｚ／ｄＺ）で表わされ、Ｂｚは位置がｚのときの磁束密度である。
【００６０】
９０部のバインダー１２ａと１０部のフィラー１２ｂとを混合することにより塗布材料１２を作製し、この塗布材料１２を基材１１上に塗工してサンプルを作製した。
【００６１】
このサンプルを超伝導磁石２０の中空部２１内に配置して、５分間だけ５テスラ（Ｔ）の垂直な磁場中に静置して磁場配向を行い、フィラー１２ｂを垂直配向させた。その後、上記磁場中で紫外線照射によりバインダー１２ａを硬化させて、厚さが約５０μｍの塗膜を形成した。続いて、この塗膜に対して、酸素プラズマ処理を行うことにより、２０μｍ厚のバインダー１２ａをエッチング除去した。
【００６２】
次に、実施例１に対する比較例１について説明する。
（比較例１）
比較例１の塗膜が実施例１の表面突起膜１０と異なるは、エッチング工程を施さない点である。つまり、実施例１の工程と同様に、塗膜の磁場配向と硬化だけを行った。
【００６３】
実施例１及び比較例１において製作した塗膜を観察した。
図８は実施例１の表面突起膜１０の断面における走査型電子顕微鏡像を示す図であり、（Ａ）がエッチング前の断面を、（Ｂ）がエッチング後の断面を示している。走査型電子顕微鏡の加速電圧は１５ｋＶであり、倍率は１０００倍である。
図８（Ａ）から明らかなように、実施例１のエッチング前の表面突起膜１０の厚さは約４５μｍであることが分かる。
図８（Ｂ）から明らかなように、実験例１のエッチング後の表面突起膜１０においては、基材１１上のバインダー１２ａのエッチングにより厚さが約２８μｍに減少していることが分かる。さらに、ホウ酸アルミニウムウィスカからなるフィラー１２ｂが、基材１１の表面に対して垂直に配向すると共に塗布材料１２の表面から突出し、塗布材料１２からなる塗膜表面に露出した多くのフィラー１２ｂによる微細な突起が形成されていることが分かる。
【００６４】
一方、比較例１においては、塗布材料１２からなる塗膜の厚さは実施例１のエッチング前の表面突起膜１０と同様であった。しかしながら、走査型電子顕微鏡を用いた塗布材料１２の表面及び断面の観察から、ホウ酸アルミニウムウィスカからなるフィラー１２ｂは塗布材料１２の表面に対して垂直配向しているだけであり、フィラー１２ｂが、塗膜の表面から殆ど突出していないことが判明した。
【実施例２】
【００６５】
実施例２の表面突起膜１０においては、バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂（Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ製、ＵＶフレキソニス）９０部と、フィラー１２ｂとしてパール顔料（Ｍｅｒｃｋ社、Ｘｉｒａｌｌｉｃ（登録商標））１０部と、からなる塗布材料１２を、ワイヤーバーで基材１１となるＰＥＴフィルム上に塗工してサンプルを製作した。このサンプルを超伝導磁石２０の中空部２１内に配置して、３分間３テスラの垂直な磁場中に静置して磁場配向を行い、フィラー１２ｂを垂直配向させた。その後、磁場中で紫外線照射によりバインダー１２ａを硬化させて、厚さが約５０μｍの塗膜を形成した。続いて、この塗膜に対して、酸素プラズマ処理を１０分間行うことにより、２０μｍ厚のバインダー１２ａをエッチング除去し、厚さが３０μｍの塗膜からなる表面突起膜１０を得た。
【実施例３】
【００６６】
実施例２と同様に作製した厚み５０μｍの塗膜に対して、酸素プラズマ処理を２０分間行い、３５μｍ厚のバインダー１２ａをエッチング除去し、厚さが１５μｍの塗膜を形成した。
【００６７】
（比較例２）
比較例２の塗膜が実施例２と異なるのは、エッチング工程を施さなかった点である。実施例２の工程と同様に、塗膜の磁場配向と硬化だけを行い、厚さが５０μｍの平坦な塗膜を形成した。
【００６８】
実施例２、３と比較例２で作製した表面突起膜１０の表面同士における摩擦係数として、動摩擦係数を摩擦測定機（（株）東洋精機製作所、ＴＲ−２）で測定した。測定結果を表１に示す。
【表１】
2009172586.tif 000003
表１から明らかなように、実施例２及び実施例３の表面突起膜１０の表面における動摩擦係数は、それぞれ０．４０、０．４４であり、エッチング時間を長くしてフィラー１２ｂを余分に露出した実施例３の動摩擦係数が若干大きくなっている。
一方、比較例２の動摩擦係数は０．１４であり、実施例２及び３よりも著しく動摩擦係数が小さいことが分かる。
上記動摩擦係数の測定結果から、実施例２及び３の表面突起膜１０では、バインダー１２ａのエッチング量を変えることによって、摩擦係数を制御できることが判明した。
【実施例４】
【００６９】
実施例４の表面突起膜１０においては、バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂（Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ製、ＵＶフレキソニス）９０部と、フィラー１２ｂとしてホウ酸アルミニウムウィスカ（四国化成工業、アルボレックスＹ（登録商標））１０部と、からなる塗布材料１２を、実施例２と同様に処理し、厚さが３０μｍの塗膜を形成した。
【実施例５】
【００７０】
実施例４と同じ塗布材料１２を、実施例３と同様に処理し、厚さが１５μｍの塗膜を形成した。
【００７１】
（比較例３）
実施例４と同様に作製した厚み５０μｍの塗膜に酸素プラズマ処理を行わずに、比較例３の塗膜を形成した。
【００７２】
実施例４，５と比較例３で作製した表面突起膜１０の表面における摩擦係数として、動摩擦係数を実施例２等と同じ測定機で測定した。結果を表２に示す。
【表２】
2009172586.tif 000004
表２から明らかなように、実施例３及び実施例４の表面突起膜１０の表面における動摩擦係数は、それぞれ０．５７、０．６１であり、エッチング時間を長くしてフィラー１２ｂを余分に露出した実施例５の動摩擦係数が若干大きくなっている。
一方、比較例３の動摩擦係数は０．２３であり、実施例４及び５よりも著しく動摩擦係数が小さいことが分かる。
フィラー１２ｂの材質をホウ酸アルミニウムウィスカとした実施例４、５における動摩擦係数は何れも、パール顔料を材質とした実施例２及び３よりも大きい。
【００７３】
上記実施例２〜５によれば、バインダー１２ａのエッチング量を変えることやフィラー１２ｂの材質を変えることによって、表面突起膜１０の表面における摩擦係数を制御できることが判明した。
【実施例６】
【００７４】
実施例６の表面突起膜１０においては、バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂（Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ製、ＵＶフレキソニス）１００部及び紫外線硬化樹脂の希釈液（Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ製、ＵＶＤＧレジューサー）１００部に対し、フィラー１２ｂとしてパール顔料（Ｍｅｒｃｋ社、Ｘｉｒａｌｌｉｃ（登録商標）  Ｔ６０−２３）１０部からなる塗布材料１２を、ワイヤーバーで基材１１となるＰＥＴフィルム上に塗工してサンプルを製作した。このサンプルを超伝導磁石２０の中空部２１内に配置して、３テスラの垂直な磁場中に３分間静置して磁場配向を行い、フィラー１２ｂを垂直配向させた。その後、磁場中で紫外線照射によりバインダー１２ａを硬化させて、厚さが約５０μｍの塗膜を形成した。続いて、この塗膜に対して、酸素プラズマ処理を５分、１０分、２０分間行い、３個のサンプルを作製した。
【実施例７】
【００７５】
フィラー１２ｂとなるパール顔料を２０部とし、実施例６と同様の工程によって塗膜を作製した。
【実施例８】
【００７６】
フィラー１２ｂとなるパール顔料を３０部とし、実施例６と同様の工程によって塗膜を作製した。
【００７７】
（比較例４）
バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂（Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ製、ＵＶフレキソニス）９０部と、フィラー１２ｂとしてパール顔料（Ｍｅｒｃｋ社、Ｘｉｒａｌｌｉｃ（登録商標）Ｔ６０−２３）１０部と、からなる塗布材料を使用し、酸素プラズマ処理を行わずに、厚さが５０μｍの比較例４の塗膜を形成した。
【００７８】
実施例６〜８と比較例４で作製した表面突起膜１０の表面における溶媒への親和性として、水に対する接触角を測定した。測定には、自動接触角計（協和界面科学（株）、ＣＡ−Ｖ１５０）を用いた。接触角の測定結果を表３に示す。
【表３】
2009172586.tif 000005
【００７９】
表３から明らかなように、実施例６の表面突起膜１０の表面における水に対する接触角は、エッチング時間を５分、１０分、２０分間とした場合、それぞれ２７°、４１．９°、５４．４°となり、所謂親水性から疎水性となった。
実施例７の表面突起膜１０の表面における水に対する接触角は、エッチング時間を５分、１０分、２０分間とした場合、それぞれ３４．７°、３９．６°、５１．５°となり、疎水性となった。
実施例８の表面突起膜１０の表面における水に対する接触角は、エッチング時間を５分、１０分、２０分間とした場合、それぞれ３４．７°、４２．５°、５１．３°となり、疎水性となった。
一方、比較例４の接触角は疎水性の８４．２°であり、実施例６〜８よりも著しく大きい疎水性を示す。
上記結果から、実施例６〜８の表面突起膜１０の表面における接触角は、バインダー１２ａのエッチング時間にもよるが、比較例４よりも親水性となり、フィラー１２ｂとなるパール顔料の濃度を増すにつれて増加することが分かる。
なお、表面の接触角は、５°以下を超親水性、３０°以下を親水性、６０°から９０°を疎水性、９０°以上を撥水性、１５０°以上を超撥水性の目安としている。本明細書においてもこの分類で表記する。
【実施例９】
【００８０】
実施例９の表面突起膜１０においては、バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂（Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ製、ＵＶフレキソニス）１００部及び紫外線硬化樹脂の希釈液（Ｔ＆Ｋ  ＴＯＫＡ製、ＵＶＤＧレジューサー）１００部に対し、フィラー１２ｂとしてホウ酸アルミニウムウィスカ（四国化成工業、アルボレックスＹ（登録商標））２０部からなる塗布材料１２を、ワイヤーバーで基材１１となるＰＥＴフィルム上に塗工してサンプルを製作した。このサンプルを超伝導磁石２０の中空部２１内に配置して、３分間３テスラの垂直な磁場中に静置して磁場配向を行い、フィラー１２ｂを垂直配向させた。その後、磁場中で紫外線照射によりバインダー１２ａを硬化させて、厚さが約５０μｍの塗膜を形成した。続いて、この塗膜に対して、酸素プラズマ処理を２分、４分、１０分間行い、３個のサンプルを作製した。
【実施例１０】
【００８１】
フィラー１２ｂとなるホウ酸アルミニウムウィスカを３０部とし、実施例９と同様の工程によって実施例１０の表面突起膜１０を作製した。
【実施例１１】
【００８２】
フィラー１２ｂとなるホウ酸アルミニウムウィスカを５０部とし、実施例９と同様の工程によって実施例１１の表面突起膜１１を作製した。
【実施例１２】
【００８３】
フィラー１２ｂとなるホウ酸アルミニウムウィスカを１００部とし、実施例９と同様の工程によって実施例１２の表面突起膜１１を作製した。
【００８４】
実施例９〜１２の表面突起膜１０の表面における溶媒への親和性として、水に対する接触角を実施例６等と同様に測定した結果を表４に示す。
【表４】
2009172586.tif 000006
【００８５】
表４から明らかなように、実施例９の表面突起膜１０の表面における水に対する接触角は、バインダー１２ａのエッチング時間を２分、４分、１０分間とした場合に、それぞれ３０．４°、２７．１°、３２．１°となり、ほぼ親水性であることが分かった。
実施例１０の表面突起膜１０の表面における水に対する接触角は、バインダー１２ａのエッチング時間を２分、４分、１０分間とした場合に、それぞれ２５．６°、０°、０°となり、バインダー１２ａのエッチング時間が２間では親水性であり、エッチング時間を増すと超親水性となった。
実施例１１の表面突起膜１０の表面における水に対する接触角も、実施例１０と同様な接触角であり、バインダー１２ａのエッチング時間を２分、４分、１０分間とした場合に、それぞれ１６．１°、０°、０°となった。バインダー１２ａのエッチング時間が２分間では親水性であり、エッチング時間を増すと超親水性となった。これは、実施例１０と同様な特性であった。
実施例１２の表面突起膜１０の表面における水に対する接触角は、バインダー１２ａのエッチング時間を変えても、全て０°であり、超親水性となった。
【００８６】
上記結果から、実施例６から８で用いたパール顔料１２ｂをホウ酸アルミニウムウィスカに変えた実施例９〜１２の表面突起膜１０の接触角は異なることが分かる。さらに、フィラー１２ｂ濃度が一定以上、さらに、バインダー１２ａのエッチング時間が一定以上の条件で接触角を０°とすることができた。
【００８７】
上記実施例６〜１２によれば、フィラー１２ｂを表面突起膜１０から突出させることによって、溶媒への親和性の異なる機能性を有する表面突起膜１０を得ることができ、フィラー１２ｂの種類や添加量、バインダー１２ａのエッチング量によって水への親和性を制御することができる。
【００８８】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、例えば用いるバインダー１２ａやフィラー１２ｂは表面突起膜１０の目的に応じて設定することができ、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係る表面突起膜１０は、フィラー１２ｂを基材１１の表面領域に偏位させて、少なくとも一部を表面から突出させることができるので、塗装膜表面に親水性や触媒作用、吸着作用などの機能性を付与することができ、例えば生体用のフィルム基材として細胞培養や医療用材料への応用や、燃料電池、蓄電キャパシタに用いられるセパレータや電極材料などへの応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明により形成された表面突起膜の一実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図１の表面突起膜において、（Ａ）は硬化前の磁場印加開始時の、（Ｂ）は磁場印加後の、各状態を示す概略断面図である。
【図３】図１の表面突起膜の磁場印加工程を示す一部破断斜視図である。
【図４】図３の磁石内部を示す部分拡大断面図である。
【図５】図３の磁石による磁場印加及び磁場勾配を示す概略図である。
【図６】本発明による表面突起膜の形成方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図７】図１の表面突起膜の具体的な実施例で使用される超伝導磁石の磁束密度分布及び磁気勾配を示すグラフである。
【図８】実施例１の表面突起膜の断面における走査型電子顕微鏡像を示す図であり、（Ａ）がエッチング前の断面を、（Ｂ）がエッチング後の断面を示している。
【符号の説明】
【００９１】
１０：表面突起膜
１１：基材
１２：塗布材料
１２ａ：バインダー
１２ｂ：フィラー
１４：硬化前の表面突起膜
２０：磁石（超伝導磁石）
２１：中空部
【図１】
2009172586.tif 000007
【図２】
2009172586.tif 000008
【図３】
2009172586.tif 000009
【図４】
2009172586.tif 000010
【図５】
2009172586.tif 000011
【図６】
2009172586.tif 000012
【図７】
2009172586.tif 000013
【図８】
2009172586.tif 000014