液滴ガイド構造
【課題】物体表面における液滴の移動方向を制御し得る液滴ガイド構造、特に自動車用撥水ガラスや自動車用塗膜に用いると好適な液滴ガイド構造を提供すること。
【解決手段】表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂを有し、かかる帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが並設されている液滴ガイド構造。帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが次式（１）：θＡ−θＢ＝１０°〜１４０°（式中のθＡ及びθＢは、それぞれ帯状表面部位Ａ及びＢの２０℃における水換算の接触角を示す。）の関係を満足する。
【解決手段】表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂを有し、かかる帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが並設されている液滴ガイド構造。帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが次式（１）：θＡ−θＢ＝１０°〜１４０°（式中のθＡ及びθＢは、それぞれ帯状表面部位Ａ及びＢの２０℃における水換算の接触角を示す。）の関係を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴ガイド構造に係り、更に詳細には、物体表面における液滴の移動方向を制御し得る液滴ガイド構造、特に自動車用撥水ガラスや自動車用塗膜に好適に用いることができる液滴ガイド構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物や自動車、ガラス、衣服、繊維、靴、雨具、調理器具などの表面に撥水膜や撥水コーティング、親水膜や親水コーティングを施し、液滴の付着を制御することが行われている。
【０００３】
例えば、フッ素樹脂系の撥水材は衣服にも適用されており、この際、液滴は撥水材の効果により、その濡れが抑えられる。つまり、接触角が大きくなる。
しかしながら、フッ素樹脂の有する極性により、液滴は外力なしでは衣服から剥離し難く、接触角が大きくなれば液滴が付着しなくなるとは限らないことが知られている。
【０００４】
また、電子材料の技術分野では、撥水コーティングなどをドット状やマトリクス状、回路形状に形成することが、半導体製造プロセスにおける感光マスクの作製や電子デバイスの作製において行われている。
【０００５】
更に、このような撥水膜の作製方法としては、物体表面へのイオン注入によるパターン形成方法（特許文献１参照。）や、親水性を有するシート表面上に光照射によって除去される撥水膜を化学気相法により蒸着させて、それらを光照射によりパターニングする方法（特許文献２及び３参照。）、プラズマ処理などの気体放電により形成する方法（特許文献４参照。）が提案されている。
【０００６】
一方で、本出願人は、自動車用ガラスにおける雨滴の移動速度を向上させるための表面処理剤や水滴滑落性基材等を提案している（特許文献５及び６参照。）。
【特許文献１】特開平７−２４４３７０号公報
【特許文献２】特開２０００−８７０１６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８２２４０号公報
【特許文献４】特開２００３−１９０８７４号公報
【特許文献５】特開２０００−１４４１２１号公報
【特許文献６】特開２００１−３４８４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜６に記載された撥水膜などは、平面上における“液滴の濡れ”のみに着目しているものであり、“微視的な液滴の動き”を制御しているに過ぎず、実用上の“巨視的な液滴の移動”については考慮されていないため、実用上の問題があった。
【０００８】
即ち、本発明者が“液滴の濡れ”を重視した半導体技術におけるパターニングを自動車用撥水ガラスに適用したところ、要求される液滴の移動速度・距離が格段に厳しいため、雨滴の移動方向を制御できるものではないことが判明した。
【０００９】
また、作製方法についても、加工に要する時間が長いことや、大面積への対応が難しいこと、真空設備やクリーンルームなどの設備に投資を要するなどコストが高くなること等の問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、物体表面における液滴の移動方向を制御し得る液滴ガイド構造、特に自動車用撥水ガラスや自動車用塗膜に用いると好適な液滴ガイド構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂとを並設し、それらの接触角差を所定値にすることなどにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明の液滴ガイド構造は、表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂを有し、かかる帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが並設されている。
そして、かかる帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが次式（１）
θＡ−θＢ＝１０°〜１４０°…（１）
（式中のθＡ及びθＢは、それぞれ帯状表面部位Ａ及びＢの２０℃における水換算の接触角を示す。）の関係を満足するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂとを並設し、それらの接触角差を所定値にすることなどとしたため、物体表面における液滴の移動方向を制御し得る液滴ガイド構造、特に自動車用撥水ガラスや自動車用塗膜に用いると好適な液滴ガイド構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の液滴ガイド構造について詳細に説明する。
上述の如く、本発明の液滴ガイド構造は、表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂを有し、該帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ｂとが並設されていることを要する。
【００１５】
このように、帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが並設された構成とすること、更に詳細には、帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとがその帯幅方向で接し、その帯長手方向が揃うように配設された構成とすることにより、液滴の移動方向を制御することができる。
また、並設する際には、帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとがその帯幅方向に交互に配設されていることが望ましい。
特に、その帯長手方向を所望する液滴の移動方向に向けることにより、所望の方向に液滴の移動方向を制御することができる。
また、このような液滴ガイド構造を車体表面に適用した場合、雨滴の流れる方向が制御できるため、雨シミなどを防止することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の液滴ガイド構造は、その帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが次式（１）
θＡ−θＢ＝１０°〜１４０°…（１）
（式中のθＡ及びθＢは、それぞれ帯状表面部位Ａ及びＢの２０℃における水換算の接触角を示す。）の関係を満足することを要する。
【００１７】
例えば、自動車のフロントガラスに本発明の液滴ガイド構造を適用した場合に、接触角差（θＡ−θＢ）が１０°未満であると、市街地の一般走行時の移動により生じる風力に抗して、付着した液滴が接触角の小さい側に移動することができなくなる。
また、接触角差が１４０°を超えると、液滴の移動を可能とする表面張力に起因して発生する駆動力の向上は頭打ちとなり、実用上の費用対効果は小さい。
【００１８】
本発明の液滴ガイド構造においては、接触角差が３０°〜１２０°であることが好ましい。また、帯状表面部位Ａ内や帯状表面部位Ｂ内においても接触角に分布を設けてもよく、例えば液滴の移動方向に移動するに従って接触角を小さくしてもよい。
【００１９】
ここで、本発明の液滴ガイド構造における液滴の移動メカニズムについて説明する。
本発明の液滴ガイド構造においては、表面に付着した液滴は、接触角差による表面張力を駆動力として、相対的に水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂないしその近傍に集まる。また、液滴は重力や風力などの外力をも駆動力として、表面張力による制限を受けながら、帯長手方向に移動（パターンに沿って移動）する。
なお、本発明においては、上述のごとく表面の物理化学的エネルギ差を利用し得る構造を有していれば、表面が平坦であってもよく、薄膜や凹凸構造を必ずしも設ける必要はない。
【００２０】
図１に、本発明の液滴ガイド構造の平面パターンの若干の具体例（ａ）〜（ｄ）を示す。同図に示すように、液滴ガイド構造１は、表面部位に帯状表面部位Ａ（１０Ａ）と帯状表面部位Ｂ（１０Ｂ）を有する。
なお、帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとで形成される平面パターンは、上述したように、帯長手方向を所望する液滴の移動方向に一致させて定めてもよく、更に重力や風力などをも考慮して帯長手方向を定めてもよく、本発明の効果を奏する限り、任意のパターンを採ることができる。
【００２１】
また、本発明の液滴ガイド構造においては、水換算の接触角が小さい部位、即ち帯状表面部位Ｂにおける液滴の表面張力の極性基作用成分（γｂＳ）が、２０℃での測定で１０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。１０ｍＮ／ｍを超えると、液滴の移動速度が十分でない場合がある。
【００２２】
ここで、液滴の表面張力の極性基作用成分（γｂＳ）の代表的な算出方法について説明する。
まず、任意の固体表面に対して、表面張力（γＳ）は次式（２）
γＳ＝γａＳ＋γｂＳ＋γｃＳ…（２）
（式中、γａＳは分散力の作用、γｂＳは極性基の作用、γｃＳは水素結合の作用を示す。）のように表すことができる。
【００２３】
また、任意の液滴の表面張力（γＬ）は次式（３）
γＬ＝γａＬ＋γｂＬ＋γｃＬ…（３）
（式中、γａＬは分散力の作用、γｂＬは極性基の作用、γｃＬは水素結合の作用を示す。）のように表すことができる。
このとき、任意の固体表面と液滴の界面では、一般に次式（４）
２×（√γａＳ×√γａＬ＋√γｂＳ×√γｂＬ＋√γｃＳ×√γｃＬ）＝（γａＬ＋γｂＬ＋γｃＬ）×（１＋ｃｏｓθ）…（４）
（式中、θは接触角を示す。）の関係が成り立つ。
【００２４】
まず、γａＬ成分のみを持つｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン、ｎ−ウンデカン、ｎ−ドデカン、テトラメチルヘキサデカン、ｔｒａｎｓ−デカリン等のアルカン類（Ａ型液体）を用いて、接触角θを測定し、任意の表面のγａＳ成分を算出する。Ａ型液体の場合には、次式（５）
γｂＬ＝γｃＬ＝０…（５）
の関係が成り立つ。
【００２５】
従って、Ａ型液体の場合には、上記の式（４）は次式（６）
ｃｏｓθ＝−１＋２×√γａＳ×√γａＬ／γａＬ…（６）
と変形でき、γａＳが算出できる。
【００２６】
次に、γａＬ成分及びγｂＬ成分のみを持つヨウ化メチレン、テトラブロモエタン、α−ブロモナフタレン、トリクレシルホスフェート、テトラクロロエタン、ヘキサクロロブタジエン、ポリジメチルシロキサン等（Ｂ型液体）を用いて、接触角θを測定し、接触角θ及び上記要領で算出されたγａＳからγｂＳが算出される。
【００２７】
このように算出されるγｂＳが１０ｍＮ／ｍ以下である材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン又はシリコーン系樹脂、及びこれらの任意の混合物などを挙げることができる。
【００２８】
なお、同様にして、γａＬ成分、γｂＬ成分及びγｃＬ成分を持つ水、グリセリン、ホルムアミド、チオジグリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール等（Ｃ型液体）を用いて、接触角θを測定し、接触角θ、上記要領で算出されたγａＳ及びγｂＳからγｃＳを算出できる。
【００２９】
更に、本発明の液滴ガイド構造においては、本発明の効果を奏する限り、その帯状表面部位Ａ及びＢの帯幅（パターン幅）は特に限定されるものではなく、その表面に付着する液滴の大きさによって適宜選択することができる。
具体的には、自動車に付着する雨滴の大きさは、例えば５００μｍ〜１０ｍｍ程度であり、帯幅（パターン幅）が５００μｍを超えると、表面張力に起因する駆動力が得られず、パターン内に雨滴が溜まってしまい所望するように流れないなど微小な液滴がそのまま残存する場合があり、液滴の移動が十分ではなくなる可能性があるため、その帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂのいずれか一方又は双方の帯幅（パターン幅）が５００μｍ以下であることが好ましく、雨滴の車体着滴後の広い雨滴径分布を考慮すると２００μｍ以下であることが好ましく、さらに着滴後の雨滴の破砕を考慮すると、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
かかる帯幅（パターン幅）は一定である必要はなく、本発明の効果を奏する限り、帯状表面部位Ａ及びＢの帯幅（パターン幅）をそれぞれ任意に設定してもよく、帯状表面部位Ａ及びＢの帯幅（パターン幅）を、部品表面におけるそれらの位置によってもそれぞれ任意に設定することができる。
具体的には、例えば帯状表面部位Ａの帯幅（パターン幅）を液滴の移動方向に向かうに従って大きくする一方で、帯状表面部位Ｂの帯幅（パターン幅）を小さくしてもよい。
なお、帯状表面部位ＡやＢは、その一部がそれぞれ帯状表面部位ＢやＡに置換されていてもよい。
【００３１】
また、本発明の液滴ガイド構造は、例えばその帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を平坦な薄膜により形成させてもよく、その帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を、凹凸構造により形成させてもよい。
表面に微細な凹凸構造を設けることによっても、表面張力による駆動力が得られ、液滴の移動方向を制御することができる。
【００３２】
図２に、本発明に係る液滴ガイド構造の薄膜により帯状表面部位を形成させた若干の具体例（ａ）〜（ｃ）を示す。
同図（ａ）に示すように、液滴ガイド構造の帯状表面部位Ａ，Ｂは、例えば帯状表面部位Ａを平坦な薄膜１１Ａにより形成してもよい。また、同図（ｂ）に示すように帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの双方を平坦な薄膜１２Ａ、１２Ｂにより形成してもよい。更に、同図（ｃ）に示すように帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ａの双方を平坦な薄膜１３Ａ、１３Ｂにより形成し、更に薄膜１３Ｂの帯幅（パターン幅）を小さくしてもよい。
なお、同図（ａ）においては、薄膜を形成しなかった基体２０の表面１１Ｂが、帯状表面部位Ｂに相当する。
【００３３】
また、図３に、本発明の液滴ガイド構造の凹凸構造により帯状表面部位を形成させた若干の具体例（ａ）〜（ｃ）を示す。また、同図（ｄ）において凸部の寸法関係を説明する。同図に示すように、多数の凸部Ｔから成る凹凸構造１４Ａによっても同様に帯状表面部位Ａを形成することができる。また、同図（ｂ）に示すように帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの双方を凹凸構造１５Ａ、１５Ｂにより形成することができる。更に、同図（ｃ）に示すように帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの双方を凹凸構造１６Ａ、１６Ｂにより形成し、更に凹凸構造１６Ａの帯幅（パターン幅）を小さくすることができる。
なお、同図（ａ）においては、凹凸構造を形成しなかった基体２０の表面１４Ｂが帯状表面部位Ｂに相当する。
【００３４】
更に、図４に、本発明の液滴ガイド構造の薄膜及び凹凸構造を適宜組合わせることにより帯状表面部位を形成させた具体例を示す。同図に示すように、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂを薄膜１７Ｂ及び凹凸構造１７Ａを適宜組合わせて形成させることもできる。
【００３５】
かかる凹凸構造のアスペクト比は、０．５〜３とすることが好ましい。
アスペクト比が０．５未満の場合には、凹凸構造による接触角変化の効果が小さくなり、使用できる材料の自由度が小さくなる。
また、アスペクト比が３を超える場合には、凹凸構造による接触角の変化は頭打ちとなり、実用上の費用対効果が小さくなる。
なお、本発明において「アスペクト比」とは、（凹部の深さ若しくは凸部の高さ、又は凹部と凸部が隣接する場合には凹部深さと凸部高さの和）／（凹部又は凸部が表面（基準表面）と接する部位間の長さ）を意味する（図３（ｄ）における、凸部Ｔの高さ／幅（Ｌ／Ｗ）に相当する。）。
【００３６】
更に、本発明の液滴ガイド構造は、その帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を厚みが４００ｎｍ以下の平坦な薄膜により設けることが好ましい。
４００ｎｍを超える薄膜の場合には、表面での可視光反射・干渉により、透明度が低下したり、着色して見えてしまうことがある。
【００３７】
更にまた、本発明の液滴ガイド構造は、その凹凸構造における凹断面形状若しくは凸断面形状又は隣接する凹凸断面形状を規定する周期（凹部又は凸部のピッチ長さ）が４００ｎｍ以下であることが好ましい。かかる周期が４００ｎｍを超える場合にも、表面での可視光反射・干渉により、透明度が低下したり、干渉縞が見えたり、着色して見えてしまうことがある。
【００３８】
上述した液滴ガイド構造の表面における凹凸構造は、例えば液滴ガイド構造を自動車用撥水ガラスに代表される部品自体の透明性など見え方が重要なものに適用する場合には、特に重要な要素となる。
また、上述した周期を有する凹凸構造を液滴ガイド構造に設けることによって、液滴の移動方向を制御可能とするだけでなく、副次的な効果として反射防止の機能なども付与することができる。
【００３９】
また、本発明の液滴ガイド構造において、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方は、特に限定されるものではなく無機物、有機物又は無機‐有機複合物、及びこれらの混合物を用いることができるが、例えばガラス、金属又は金属酸化物等のセラミックスなどの無機物やプラスチックなどの有機物及びこれらの材料を任意に組合わせて形成することができる。
特に、本発明の液滴ガイド構造を自動車用撥水ガラスに適用する際には、透明なガラスやプラスチックなどを好適に用いることができる。
【００４０】
更に、本発明の液滴ガイド構造は、基体自体の表面を加工して帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂを形成することが可能である。また、基体の表面の全部又は一部に被膜を設けることにより、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂを形成することも可能である。更に、基体自体の表面を加工して凹部を設け、凹部に他の材料を充填するいわゆる象嵌により帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂを形成することも可能である。
【００４１】
更にまた、本発明の液滴ガイド構造は、その表面を水平面から５°〜８５°傾けて用いることが好ましい。
傾斜角度が５°未満では、液滴の移動速度が十分ではない。また、傾斜角度が８５°を超えると、表面へ液滴が付着し難いため液滴の移動までには至らず、剥離することが多い。
【００４２】
本発明の液滴ガイド構造は、その製造方法については特に限定されるものではないが、例えば以下に述べる方法で作製することができる。
第１に、基体表面に、又は帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方若しくは双方に、撥水性表面処理及び親水性表面処理の一方又は双方を適宜施すことによって、本発明の液滴ガイド構造を得ることができる。
ここで、撥水性表面処理としては、特に限定されるものではないが、例えばポリテトラフルオロエチレン、ティーアンドケー社製ナノスＢや住友３Ｍ社製ノベックＥＧＣ−１７２０などの骨格及び／又は官能基にケイ素を含有する高分子材料などを用いて２０℃における水換算の接触角を１００°以上とするものを挙げることができる。
また、親水性表面処理としては、特に限定されるものではないが、例えばポリアミドや酸化チタンなどを用いて２０℃における水換算の接触角を８０°以下とするものを挙げることができる。
このように、撥水性表面処理や親水性表面処理は、表面の接触角を所望する角度に設定することができるという利点がある。
【００４３】
第２に、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を、転写法を用いて形成し、本発明の液滴ガイド構造を得ることができる。
ここで、転写法としては、例えばホットエンボス法やＵＶ硬化法などの微細金型を用いたナノインプリントによるものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
また、ナノインプリントにより形成する場合には、基体自体の表面を加工して帯状表面部位を形成することが可能である。更に、石英などで作製された透明な型にＵＶ硬化樹脂や熱可塑性樹脂を充填し、ＵＶ照射又は加熱時に樹脂の固化と基体との一体化を同時に行うことも可能である。
【００４４】
第３に、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を、マイクロコンタクトプリント法を用いて形成し、本発明の液滴ガイド構造を得ることができる。
ここで、マイクロコンタクトプリント法としては、例えばゴム状物質をスタンプとして薄膜を転写するものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
第４に、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を、例えば微細な液滴を噴射塗布するインクジェット法を用いて形成し、本発明の液滴ガイド構造を得ることができる。
【００４６】
このような方法により液滴ガイド構造を作製すると、大面積を有する部品を成形することが可能であり、また、電子線などのビームや気体放電などによるリソグラフィに比べて成形時間を著しく短縮することができるため、低コスト化を図ることができる。もちろん、上述した製造方法を適宜組合わせて、本発明の液滴ガイド構造を得ることもできる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１）
ホットエンボス法により、ＰＴＦＥ（接触角１０４°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１２３°であり、形成しなかった部分との接触角差は１９°であった。
なお、「パターンピッチ」とは、パターン幅中心線間の距離である（図２（ａ）におけるＰに相当する。）。また、「接触角」は、協和界面化学社製のＣＡ−Ａ型計測器により測定した静的接触角である（以下同様である。）。
【００４９】
（実施例２）
ホットエンボス法により、ＰＴＦＥ（接触角１０４°）の表面にアスペクト比２．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１７３°であり、形成しなかった部分との接触角差は６９°であった。
【００５０】
（実施例３）
ホットエンボス法により、ＰＭＭＡ（接触角７４°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ５２°であり、形成しなかった部分との接触角差は２２°であった。
【００５１】
（実施例４）
ホットエンボス法により、ＰＭＭＡ（接触角７４°）の表面にアスペクト比１．５の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ２９°であり、形成しなかった部分との接触角差は４５°であった。
【００５２】
（実施例５）
ホットエンボス法により、ナイロン６６（接触角６５°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１９°であり、形成しなかった部分との接触角差は４６°であった。
【００５３】
（実施例６）
ホットエンボス法により、ポリエチレンテレフタレート（接触角７１°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ４３°であり、形成しなかった部分との接触角差は２８°であった。
【００５４】
（実施例７）
ホットエンボス法により、ポリエチレンテレフタレート（接触角７１°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成し、次いで、周期構造を形成した部分に撥水コーティング（フロロテクノロジー社製、ＦＳ−１０１０、接触角１１８°）を施して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１６５°であり、形成しなかった部分との接触角差は９４°であった。
【００５５】
（実施例８）
フルオロアルキルシラン（ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）１ｇとイソプロピルアルコール４８ｇと６０％硝酸１ｇをビーカーに入れ室温で十分に撹拌した。これを帯状にパターニングしたポリジメチルシロキサン製スタンプに塗布し、希フッ酸にて２０秒程度洗浄処理したシリコンウエハ上に圧着して、パターン幅５０μｍ、パターンピッチ５０μｍの図２（ａ）に示すような帯状パターンを転写した後、２５０℃のオーブン中で３０分間焼成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
フルオロアルキルシラン部分の接触角を測定したところ１１２°であり、プリントを行わなかったシリコンウエハ部分の接触角は７°であり、その接触角差は１０５°であった。
【００５６】
（実施例９）
フルオロアルキルシラン（ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）１ｇとイソプロピルアルコール４８ｇと６０％硝酸１ｇをビーカーに入れ室温で十分に撹拌した。これをインクジェット装置を用いて、希フッ酸にて２０秒程度洗浄処理したシリコンウエハ上に、パターン幅２００μｍ、パターンピッチ２００μｍの図２（ａ）に示すような帯状パターンを塗布した後、２５０℃のオーブン中で３０分間焼成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
フルオロアルキルシラン部分の接触角を測定したところ１１２°であり、プリントを行わなかったシリコンウエハ部分の接触角は７°であり、その接触角差は１０５°であった。
【００５７】
（比較例１）
ホットエンボス法により、ＰＴＦＥ（接触角１０４°）の表面にアスペクト比０．５の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１１０°であり、形成しなかった部分との接触角差は６°であった。
【００５８】
（比較例２）
ホットエンボス法により、ＰＭＭＡ（接触角７４°）の表面にアスペクト比０．５の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ６７°であり、形成しなかった部分との接触角差は７°であった。
【００５９】
上記各例の接触角差と接触角が小さい側における液滴の表面張力の極性基作用成分（γｂＳ）を表１に示す。表１中のγｂＳは、先に詳しく説明した方法により測定した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
［性能評価］
（液滴転落試験）
試料表面（パターニング方向：斜め４５°（図１（ｄ）参照。））に１０μＬの水滴を滴下し、試料を載せた基台部を一定の割合で傾斜させ、水滴が移動し始める試料角度を測定すると共に、液滴の移動方向を観察した。
【００６２】
得られた結果を表１に併記する。なお表１中の「液滴の移動方向」において、「○」は４５°のパターンに沿って転落したこと、「△」は４５°のパターンには沿わないが、垂直に転落しなかったこと、「×」は重力に沿って垂直に転落したことを示す。
【００６３】
表１より、本発明の範囲に属する実施例１〜９は、液滴の移動方向を制御することができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の液滴ガイド構造の平面パターンの具体例を示す模式的説明図である。
【図２】薄膜により帯状表面部位を形成した本発明の液滴ガイド構造の具体例を示す模式的説明図である。
【図３】凹凸構造により帯状表面部位を形成した本発明の液滴ガイド構造の具体例を示す模式的説明図である。
【図４】薄膜及び凹凸構造により帯状表面部位を形成した本発明の液滴ガイド構造の具体例を示す模式的説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 液滴ガイド構造
１０Ａ 帯状表面部位Ａ
１０Ｂ 帯状表面部位Ｂ
１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ 薄膜（帯状表面部位Ａ）
１２Ｂ，１３Ｂ，１７Ｂ 薄膜（帯状方面部位Ｂ）
１４Ａ，１５Ａ，１６Ａ，１７Ａ 凹凸構造（帯状表面部位Ａ）
１５Ｂ，１６Ｂ 凹凸構造（帯状表面部位Ｂ）
２０ 基体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴ガイド構造に係り、更に詳細には、物体表面における液滴の移動方向を制御し得る液滴ガイド構造、特に自動車用撥水ガラスや自動車用塗膜に好適に用いることができる液滴ガイド構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物や自動車、ガラス、衣服、繊維、靴、雨具、調理器具などの表面に撥水膜や撥水コーティング、親水膜や親水コーティングを施し、液滴の付着を制御することが行われている。
【０００３】
例えば、フッ素樹脂系の撥水材は衣服にも適用されており、この際、液滴は撥水材の効果により、その濡れが抑えられる。つまり、接触角が大きくなる。
しかしながら、フッ素樹脂の有する極性により、液滴は外力なしでは衣服から剥離し難く、接触角が大きくなれば液滴が付着しなくなるとは限らないことが知られている。
【０００４】
また、電子材料の技術分野では、撥水コーティングなどをドット状やマトリクス状、回路形状に形成することが、半導体製造プロセスにおける感光マスクの作製や電子デバイスの作製において行われている。
【０００５】
更に、このような撥水膜の作製方法としては、物体表面へのイオン注入によるパターン形成方法（特許文献１参照。）や、親水性を有するシート表面上に光照射によって除去される撥水膜を化学気相法により蒸着させて、それらを光照射によりパターニングする方法（特許文献２及び３参照。）、プラズマ処理などの気体放電により形成する方法（特許文献４参照。）が提案されている。
【０００６】
一方で、本出願人は、自動車用ガラスにおける雨滴の移動速度を向上させるための表面処理剤や水滴滑落性基材等を提案している（特許文献５及び６参照。）。
【特許文献１】特開平７−２４４３７０号公報
【特許文献２】特開２０００−８７０１６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８２２４０号公報
【特許文献４】特開２００３−１９０８７４号公報
【特許文献５】特開２０００−１４４１２１号公報
【特許文献６】特開２００１−３４８４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜６に記載された撥水膜などは、平面上における“液滴の濡れ”のみに着目しているものであり、“微視的な液滴の動き”を制御しているに過ぎず、実用上の“巨視的な液滴の移動”については考慮されていないため、実用上の問題があった。
【０００８】
即ち、本発明者が“液滴の濡れ”を重視した半導体技術におけるパターニングを自動車用撥水ガラスに適用したところ、要求される液滴の移動速度・距離が格段に厳しいため、雨滴の移動方向を制御できるものではないことが判明した。
【０００９】
また、作製方法についても、加工に要する時間が長いことや、大面積への対応が難しいこと、真空設備やクリーンルームなどの設備に投資を要するなどコストが高くなること等の問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、物体表面における液滴の移動方向を制御し得る液滴ガイド構造、特に自動車用撥水ガラスや自動車用塗膜に用いると好適な液滴ガイド構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂとを並設し、それらの接触角差を所定値にすることなどにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明の液滴ガイド構造は、表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂを有し、かかる帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが並設されている。
そして、かかる帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが次式（１）
θＡ−θＢ＝１０°〜１４０°…（１）
（式中のθＡ及びθＢは、それぞれ帯状表面部位Ａ及びＢの２０℃における水換算の接触角を示す。）の関係を満足するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂとを並設し、それらの接触角差を所定値にすることなどとしたため、物体表面における液滴の移動方向を制御し得る液滴ガイド構造、特に自動車用撥水ガラスや自動車用塗膜に用いると好適な液滴ガイド構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の液滴ガイド構造について詳細に説明する。
上述の如く、本発明の液滴ガイド構造は、表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂを有し、該帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ｂとが並設されていることを要する。
【００１５】
このように、帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが並設された構成とすること、更に詳細には、帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとがその帯幅方向で接し、その帯長手方向が揃うように配設された構成とすることにより、液滴の移動方向を制御することができる。
また、並設する際には、帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとがその帯幅方向に交互に配設されていることが望ましい。
特に、その帯長手方向を所望する液滴の移動方向に向けることにより、所望の方向に液滴の移動方向を制御することができる。
また、このような液滴ガイド構造を車体表面に適用した場合、雨滴の流れる方向が制御できるため、雨シミなどを防止することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の液滴ガイド構造は、その帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとが次式（１）
θＡ−θＢ＝１０°〜１４０°…（１）
（式中のθＡ及びθＢは、それぞれ帯状表面部位Ａ及びＢの２０℃における水換算の接触角を示す。）の関係を満足することを要する。
【００１７】
例えば、自動車のフロントガラスに本発明の液滴ガイド構造を適用した場合に、接触角差（θＡ−θＢ）が１０°未満であると、市街地の一般走行時の移動により生じる風力に抗して、付着した液滴が接触角の小さい側に移動することができなくなる。
また、接触角差が１４０°を超えると、液滴の移動を可能とする表面張力に起因して発生する駆動力の向上は頭打ちとなり、実用上の費用対効果は小さい。
【００１８】
本発明の液滴ガイド構造においては、接触角差が３０°〜１２０°であることが好ましい。また、帯状表面部位Ａ内や帯状表面部位Ｂ内においても接触角に分布を設けてもよく、例えば液滴の移動方向に移動するに従って接触角を小さくしてもよい。
【００１９】
ここで、本発明の液滴ガイド構造における液滴の移動メカニズムについて説明する。
本発明の液滴ガイド構造においては、表面に付着した液滴は、接触角差による表面張力を駆動力として、相対的に水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂないしその近傍に集まる。また、液滴は重力や風力などの外力をも駆動力として、表面張力による制限を受けながら、帯長手方向に移動（パターンに沿って移動）する。
なお、本発明においては、上述のごとく表面の物理化学的エネルギ差を利用し得る構造を有していれば、表面が平坦であってもよく、薄膜や凹凸構造を必ずしも設ける必要はない。
【００２０】
図１に、本発明の液滴ガイド構造の平面パターンの若干の具体例（ａ）〜（ｄ）を示す。同図に示すように、液滴ガイド構造１は、表面部位に帯状表面部位Ａ（１０Ａ）と帯状表面部位Ｂ（１０Ｂ）を有する。
なお、帯状表面部位Ａと帯状表面部位Ｂとで形成される平面パターンは、上述したように、帯長手方向を所望する液滴の移動方向に一致させて定めてもよく、更に重力や風力などをも考慮して帯長手方向を定めてもよく、本発明の効果を奏する限り、任意のパターンを採ることができる。
【００２１】
また、本発明の液滴ガイド構造においては、水換算の接触角が小さい部位、即ち帯状表面部位Ｂにおける液滴の表面張力の極性基作用成分（γｂＳ）が、２０℃での測定で１０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。１０ｍＮ／ｍを超えると、液滴の移動速度が十分でない場合がある。
【００２２】
ここで、液滴の表面張力の極性基作用成分（γｂＳ）の代表的な算出方法について説明する。
まず、任意の固体表面に対して、表面張力（γＳ）は次式（２）
γＳ＝γａＳ＋γｂＳ＋γｃＳ…（２）
（式中、γａＳは分散力の作用、γｂＳは極性基の作用、γｃＳは水素結合の作用を示す。）のように表すことができる。
【００２３】
また、任意の液滴の表面張力（γＬ）は次式（３）
γＬ＝γａＬ＋γｂＬ＋γｃＬ…（３）
（式中、γａＬは分散力の作用、γｂＬは極性基の作用、γｃＬは水素結合の作用を示す。）のように表すことができる。
このとき、任意の固体表面と液滴の界面では、一般に次式（４）
２×（√γａＳ×√γａＬ＋√γｂＳ×√γｂＬ＋√γｃＳ×√γｃＬ）＝（γａＬ＋γｂＬ＋γｃＬ）×（１＋ｃｏｓθ）…（４）
（式中、θは接触角を示す。）の関係が成り立つ。
【００２４】
まず、γａＬ成分のみを持つｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン、ｎ−ウンデカン、ｎ−ドデカン、テトラメチルヘキサデカン、ｔｒａｎｓ−デカリン等のアルカン類（Ａ型液体）を用いて、接触角θを測定し、任意の表面のγａＳ成分を算出する。Ａ型液体の場合には、次式（５）
γｂＬ＝γｃＬ＝０…（５）
の関係が成り立つ。
【００２５】
従って、Ａ型液体の場合には、上記の式（４）は次式（６）
ｃｏｓθ＝−１＋２×√γａＳ×√γａＬ／γａＬ…（６）
と変形でき、γａＳが算出できる。
【００２６】
次に、γａＬ成分及びγｂＬ成分のみを持つヨウ化メチレン、テトラブロモエタン、α−ブロモナフタレン、トリクレシルホスフェート、テトラクロロエタン、ヘキサクロロブタジエン、ポリジメチルシロキサン等（Ｂ型液体）を用いて、接触角θを測定し、接触角θ及び上記要領で算出されたγａＳからγｂＳが算出される。
【００２７】
このように算出されるγｂＳが１０ｍＮ／ｍ以下である材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン又はシリコーン系樹脂、及びこれらの任意の混合物などを挙げることができる。
【００２８】
なお、同様にして、γａＬ成分、γｂＬ成分及びγｃＬ成分を持つ水、グリセリン、ホルムアミド、チオジグリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール等（Ｃ型液体）を用いて、接触角θを測定し、接触角θ、上記要領で算出されたγａＳ及びγｂＳからγｃＳを算出できる。
【００２９】
更に、本発明の液滴ガイド構造においては、本発明の効果を奏する限り、その帯状表面部位Ａ及びＢの帯幅（パターン幅）は特に限定されるものではなく、その表面に付着する液滴の大きさによって適宜選択することができる。
具体的には、自動車に付着する雨滴の大きさは、例えば５００μｍ〜１０ｍｍ程度であり、帯幅（パターン幅）が５００μｍを超えると、表面張力に起因する駆動力が得られず、パターン内に雨滴が溜まってしまい所望するように流れないなど微小な液滴がそのまま残存する場合があり、液滴の移動が十分ではなくなる可能性があるため、その帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂのいずれか一方又は双方の帯幅（パターン幅）が５００μｍ以下であることが好ましく、雨滴の車体着滴後の広い雨滴径分布を考慮すると２００μｍ以下であることが好ましく、さらに着滴後の雨滴の破砕を考慮すると、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
かかる帯幅（パターン幅）は一定である必要はなく、本発明の効果を奏する限り、帯状表面部位Ａ及びＢの帯幅（パターン幅）をそれぞれ任意に設定してもよく、帯状表面部位Ａ及びＢの帯幅（パターン幅）を、部品表面におけるそれらの位置によってもそれぞれ任意に設定することができる。
具体的には、例えば帯状表面部位Ａの帯幅（パターン幅）を液滴の移動方向に向かうに従って大きくする一方で、帯状表面部位Ｂの帯幅（パターン幅）を小さくしてもよい。
なお、帯状表面部位ＡやＢは、その一部がそれぞれ帯状表面部位ＢやＡに置換されていてもよい。
【００３１】
また、本発明の液滴ガイド構造は、例えばその帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を平坦な薄膜により形成させてもよく、その帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を、凹凸構造により形成させてもよい。
表面に微細な凹凸構造を設けることによっても、表面張力による駆動力が得られ、液滴の移動方向を制御することができる。
【００３２】
図２に、本発明に係る液滴ガイド構造の薄膜により帯状表面部位を形成させた若干の具体例（ａ）〜（ｃ）を示す。
同図（ａ）に示すように、液滴ガイド構造の帯状表面部位Ａ，Ｂは、例えば帯状表面部位Ａを平坦な薄膜１１Ａにより形成してもよい。また、同図（ｂ）に示すように帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの双方を平坦な薄膜１２Ａ、１２Ｂにより形成してもよい。更に、同図（ｃ）に示すように帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ａの双方を平坦な薄膜１３Ａ、１３Ｂにより形成し、更に薄膜１３Ｂの帯幅（パターン幅）を小さくしてもよい。
なお、同図（ａ）においては、薄膜を形成しなかった基体２０の表面１１Ｂが、帯状表面部位Ｂに相当する。
【００３３】
また、図３に、本発明の液滴ガイド構造の凹凸構造により帯状表面部位を形成させた若干の具体例（ａ）〜（ｃ）を示す。また、同図（ｄ）において凸部の寸法関係を説明する。同図に示すように、多数の凸部Ｔから成る凹凸構造１４Ａによっても同様に帯状表面部位Ａを形成することができる。また、同図（ｂ）に示すように帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの双方を凹凸構造１５Ａ、１５Ｂにより形成することができる。更に、同図（ｃ）に示すように帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの双方を凹凸構造１６Ａ、１６Ｂにより形成し、更に凹凸構造１６Ａの帯幅（パターン幅）を小さくすることができる。
なお、同図（ａ）においては、凹凸構造を形成しなかった基体２０の表面１４Ｂが帯状表面部位Ｂに相当する。
【００３４】
更に、図４に、本発明の液滴ガイド構造の薄膜及び凹凸構造を適宜組合わせることにより帯状表面部位を形成させた具体例を示す。同図に示すように、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂを薄膜１７Ｂ及び凹凸構造１７Ａを適宜組合わせて形成させることもできる。
【００３５】
かかる凹凸構造のアスペクト比は、０．５〜３とすることが好ましい。
アスペクト比が０．５未満の場合には、凹凸構造による接触角変化の効果が小さくなり、使用できる材料の自由度が小さくなる。
また、アスペクト比が３を超える場合には、凹凸構造による接触角の変化は頭打ちとなり、実用上の費用対効果が小さくなる。
なお、本発明において「アスペクト比」とは、（凹部の深さ若しくは凸部の高さ、又は凹部と凸部が隣接する場合には凹部深さと凸部高さの和）／（凹部又は凸部が表面（基準表面）と接する部位間の長さ）を意味する（図３（ｄ）における、凸部Ｔの高さ／幅（Ｌ／Ｗ）に相当する。）。
【００３６】
更に、本発明の液滴ガイド構造は、その帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を厚みが４００ｎｍ以下の平坦な薄膜により設けることが好ましい。
４００ｎｍを超える薄膜の場合には、表面での可視光反射・干渉により、透明度が低下したり、着色して見えてしまうことがある。
【００３７】
更にまた、本発明の液滴ガイド構造は、その凹凸構造における凹断面形状若しくは凸断面形状又は隣接する凹凸断面形状を規定する周期（凹部又は凸部のピッチ長さ）が４００ｎｍ以下であることが好ましい。かかる周期が４００ｎｍを超える場合にも、表面での可視光反射・干渉により、透明度が低下したり、干渉縞が見えたり、着色して見えてしまうことがある。
【００３８】
上述した液滴ガイド構造の表面における凹凸構造は、例えば液滴ガイド構造を自動車用撥水ガラスに代表される部品自体の透明性など見え方が重要なものに適用する場合には、特に重要な要素となる。
また、上述した周期を有する凹凸構造を液滴ガイド構造に設けることによって、液滴の移動方向を制御可能とするだけでなく、副次的な効果として反射防止の機能なども付与することができる。
【００３９】
また、本発明の液滴ガイド構造において、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方は、特に限定されるものではなく無機物、有機物又は無機‐有機複合物、及びこれらの混合物を用いることができるが、例えばガラス、金属又は金属酸化物等のセラミックスなどの無機物やプラスチックなどの有機物及びこれらの材料を任意に組合わせて形成することができる。
特に、本発明の液滴ガイド構造を自動車用撥水ガラスに適用する際には、透明なガラスやプラスチックなどを好適に用いることができる。
【００４０】
更に、本発明の液滴ガイド構造は、基体自体の表面を加工して帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂを形成することが可能である。また、基体の表面の全部又は一部に被膜を設けることにより、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂを形成することも可能である。更に、基体自体の表面を加工して凹部を設け、凹部に他の材料を充填するいわゆる象嵌により帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂを形成することも可能である。
【００４１】
更にまた、本発明の液滴ガイド構造は、その表面を水平面から５°〜８５°傾けて用いることが好ましい。
傾斜角度が５°未満では、液滴の移動速度が十分ではない。また、傾斜角度が８５°を超えると、表面へ液滴が付着し難いため液滴の移動までには至らず、剥離することが多い。
【００４２】
本発明の液滴ガイド構造は、その製造方法については特に限定されるものではないが、例えば以下に述べる方法で作製することができる。
第１に、基体表面に、又は帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方若しくは双方に、撥水性表面処理及び親水性表面処理の一方又は双方を適宜施すことによって、本発明の液滴ガイド構造を得ることができる。
ここで、撥水性表面処理としては、特に限定されるものではないが、例えばポリテトラフルオロエチレン、ティーアンドケー社製ナノスＢや住友３Ｍ社製ノベックＥＧＣ−１７２０などの骨格及び／又は官能基にケイ素を含有する高分子材料などを用いて２０℃における水換算の接触角を１００°以上とするものを挙げることができる。
また、親水性表面処理としては、特に限定されるものではないが、例えばポリアミドや酸化チタンなどを用いて２０℃における水換算の接触角を８０°以下とするものを挙げることができる。
このように、撥水性表面処理や親水性表面処理は、表面の接触角を所望する角度に設定することができるという利点がある。
【００４３】
第２に、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を、転写法を用いて形成し、本発明の液滴ガイド構造を得ることができる。
ここで、転写法としては、例えばホットエンボス法やＵＶ硬化法などの微細金型を用いたナノインプリントによるものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
また、ナノインプリントにより形成する場合には、基体自体の表面を加工して帯状表面部位を形成することが可能である。更に、石英などで作製された透明な型にＵＶ硬化樹脂や熱可塑性樹脂を充填し、ＵＶ照射又は加熱時に樹脂の固化と基体との一体化を同時に行うことも可能である。
【００４４】
第３に、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を、マイクロコンタクトプリント法を用いて形成し、本発明の液滴ガイド構造を得ることができる。
ここで、マイクロコンタクトプリント法としては、例えばゴム状物質をスタンプとして薄膜を転写するものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
第４に、帯状表面部位Ａ及び帯状表面部位Ｂの一方又は双方を、例えば微細な液滴を噴射塗布するインクジェット法を用いて形成し、本発明の液滴ガイド構造を得ることができる。
【００４６】
このような方法により液滴ガイド構造を作製すると、大面積を有する部品を成形することが可能であり、また、電子線などのビームや気体放電などによるリソグラフィに比べて成形時間を著しく短縮することができるため、低コスト化を図ることができる。もちろん、上述した製造方法を適宜組合わせて、本発明の液滴ガイド構造を得ることもできる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１）
ホットエンボス法により、ＰＴＦＥ（接触角１０４°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１２３°であり、形成しなかった部分との接触角差は１９°であった。
なお、「パターンピッチ」とは、パターン幅中心線間の距離である（図２（ａ）におけるＰに相当する。）。また、「接触角」は、協和界面化学社製のＣＡ−Ａ型計測器により測定した静的接触角である（以下同様である。）。
【００４９】
（実施例２）
ホットエンボス法により、ＰＴＦＥ（接触角１０４°）の表面にアスペクト比２．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１７３°であり、形成しなかった部分との接触角差は６９°であった。
【００５０】
（実施例３）
ホットエンボス法により、ＰＭＭＡ（接触角７４°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ５２°であり、形成しなかった部分との接触角差は２２°であった。
【００５１】
（実施例４）
ホットエンボス法により、ＰＭＭＡ（接触角７４°）の表面にアスペクト比１．５の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ２９°であり、形成しなかった部分との接触角差は４５°であった。
【００５２】
（実施例５）
ホットエンボス法により、ナイロン６６（接触角６５°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１９°であり、形成しなかった部分との接触角差は４６°であった。
【００５３】
（実施例６）
ホットエンボス法により、ポリエチレンテレフタレート（接触角７１°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ４３°であり、形成しなかった部分との接触角差は２８°であった。
【００５４】
（実施例７）
ホットエンボス法により、ポリエチレンテレフタレート（接触角７１°）の表面にアスペクト比１．０の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成し、次いで、周期構造を形成した部分に撥水コーティング（フロロテクノロジー社製、ＦＳ−１０１０、接触角１１８°）を施して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１６５°であり、形成しなかった部分との接触角差は９４°であった。
【００５５】
（実施例８）
フルオロアルキルシラン（ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）１ｇとイソプロピルアルコール４８ｇと６０％硝酸１ｇをビーカーに入れ室温で十分に撹拌した。これを帯状にパターニングしたポリジメチルシロキサン製スタンプに塗布し、希フッ酸にて２０秒程度洗浄処理したシリコンウエハ上に圧着して、パターン幅５０μｍ、パターンピッチ５０μｍの図２（ａ）に示すような帯状パターンを転写した後、２５０℃のオーブン中で３０分間焼成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
フルオロアルキルシラン部分の接触角を測定したところ１１２°であり、プリントを行わなかったシリコンウエハ部分の接触角は７°であり、その接触角差は１０５°であった。
【００５６】
（実施例９）
フルオロアルキルシラン（ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）１ｇとイソプロピルアルコール４８ｇと６０％硝酸１ｇをビーカーに入れ室温で十分に撹拌した。これをインクジェット装置を用いて、希フッ酸にて２０秒程度洗浄処理したシリコンウエハ上に、パターン幅２００μｍ、パターンピッチ２００μｍの図２（ａ）に示すような帯状パターンを塗布した後、２５０℃のオーブン中で３０分間焼成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
フルオロアルキルシラン部分の接触角を測定したところ１１２°であり、プリントを行わなかったシリコンウエハ部分の接触角は７°であり、その接触角差は１０５°であった。
【００５７】
（比較例１）
ホットエンボス法により、ＰＴＦＥ（接触角１０４°）の表面にアスペクト比０．５の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ１１０°であり、形成しなかった部分との接触角差は６°であった。
【００５８】
（比較例２）
ホットエンボス法により、ＰＭＭＡ（接触角７４°）の表面にアスペクト比０．５の図３（ａ）に示すような周期構造を、パターン幅１０μｍ、パターンピッチ１０μｍで形成して、本例の液滴ガイド構造を得た。
周期構造を形成した部分の接触角を測定したところ６７°であり、形成しなかった部分との接触角差は７°であった。
【００５９】
上記各例の接触角差と接触角が小さい側における液滴の表面張力の極性基作用成分（γｂＳ）を表１に示す。表１中のγｂＳは、先に詳しく説明した方法により測定した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
［性能評価］
（液滴転落試験）
試料表面（パターニング方向：斜め４５°（図１（ｄ）参照。））に１０μＬの水滴を滴下し、試料を載せた基台部を一定の割合で傾斜させ、水滴が移動し始める試料角度を測定すると共に、液滴の移動方向を観察した。
【００６２】
得られた結果を表１に併記する。なお表１中の「液滴の移動方向」において、「○」は４５°のパターンに沿って転落したこと、「△」は４５°のパターンには沿わないが、垂直に転落しなかったこと、「×」は重力に沿って垂直に転落したことを示す。
【００６３】
表１より、本発明の範囲に属する実施例１〜９は、液滴の移動方向を制御することができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の液滴ガイド構造の平面パターンの具体例を示す模式的説明図である。
【図２】薄膜により帯状表面部位を形成した本発明の液滴ガイド構造の具体例を示す模式的説明図である。
【図３】凹凸構造により帯状表面部位を形成した本発明の液滴ガイド構造の具体例を示す模式的説明図である。
【図４】薄膜及び凹凸構造により帯状表面部位を形成した本発明の液滴ガイド構造の具体例を示す模式的説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 液滴ガイド構造
１０Ａ 帯状表面部位Ａ
１０Ｂ 帯状表面部位Ｂ
１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ 薄膜（帯状表面部位Ａ）
１２Ｂ，１３Ｂ，１７Ｂ 薄膜（帯状方面部位Ｂ）
１４Ａ，１５Ａ，１６Ａ，１７Ａ 凹凸構造（帯状表面部位Ａ）
１５Ｂ，１６Ｂ 凹凸構造（帯状表面部位Ｂ）
２０ 基体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂを有する液滴ガイド構造であって、
上記帯状表面部位Ａと上記帯状表面部位Ｂとが並設され、且つ次式（１）
θＡ−θＢ＝１０°〜１４０°…（１）
（式中のθＡ及びθＢは、それぞれ帯状表面部位Ａ及びＢの２０℃における水換算の接触角を示す。）の関係を満足することを特徴とする液滴ガイド構造。
【請求項２】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂは、その帯幅が５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液滴ガイド構造。
【請求項３】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、凹凸構造により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴ガイド構造。
【請求項４】
上記凹凸構造のアスペクト比が０．５〜３であることを特徴とする請求項３に記載の液滴ガイド構造。
【請求項５】
上記凹凸構造における凹断面形状若しくは凸断面形状又は隣接する凹凸断面形状を規定する周期が４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の液滴ガイド構造。
【請求項６】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、薄膜により形成され、該薄膜の厚みが４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項７】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが無機物、有機物及び無機‐有機複合物から成る群より選ばれた少なくとも１種の材料から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項８】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂがガラス、プラスチック、金属及びセラミックスから成る群より選ばれた少なくとも１種の材料から成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項９】
基体の表面の全部又は一部に被膜を設けることにより、上記帯状表面部位Ａと上記帯状表面部位Ｂが形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１０】
表面が水平面から５°〜８５°傾けて用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１１】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、撥水性表面処理及び／又は親水性表面処理を施されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１２】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、転写法により形成されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１３】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、マイクロコンタクトプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１４】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、インクジェット法により形成されたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１】
表面に帯状表面部位Ａと該帯状表面部位Ａより水換算の接触角が小さい帯状表面部位Ｂを有する液滴ガイド構造であって、
上記帯状表面部位Ａと上記帯状表面部位Ｂとが並設され、且つ次式（１）
θＡ−θＢ＝１０°〜１４０°…（１）
（式中のθＡ及びθＢは、それぞれ帯状表面部位Ａ及びＢの２０℃における水換算の接触角を示す。）の関係を満足することを特徴とする液滴ガイド構造。
【請求項２】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂは、その帯幅が５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液滴ガイド構造。
【請求項３】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、凹凸構造により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴ガイド構造。
【請求項４】
上記凹凸構造のアスペクト比が０．５〜３であることを特徴とする請求項３に記載の液滴ガイド構造。
【請求項５】
上記凹凸構造における凹断面形状若しくは凸断面形状又は隣接する凹凸断面形状を規定する周期が４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の液滴ガイド構造。
【請求項６】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、薄膜により形成され、該薄膜の厚みが４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項７】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが無機物、有機物及び無機‐有機複合物から成る群より選ばれた少なくとも１種の材料から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項８】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂがガラス、プラスチック、金属及びセラミックスから成る群より選ばれた少なくとも１種の材料から成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項９】
基体の表面の全部又は一部に被膜を設けることにより、上記帯状表面部位Ａと上記帯状表面部位Ｂが形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１０】
表面が水平面から５°〜８５°傾けて用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１１】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、撥水性表面処理及び／又は親水性表面処理を施されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１２】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、転写法により形成されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１３】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、マイクロコンタクトプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【請求項１４】
上記帯状表面部位Ａ及び／又は上記帯状表面部位Ｂが、インクジェット法により形成されたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つの項に記載の液滴ガイド構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２５７２４９（Ｐ２００６−２５７２４９Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７６２１０（Ｐ２００５−７６２１０）
【出願日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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