JP2011053334A - 成形構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂基材1の一方の面上に連続的に水の凝集現象を防ぎ、水膜を形成するための親水性を示す微細凹凸構造が形成され、その微細凹凸構造の凸部2の幅又は径が可視光の最短波長以下であり、凸部2の中心間距離が200〜400nmであることを特徴とする成形構造体。
【選択図】図1
Description
また、浴室に設置される鏡の防曇性を向上するための技術として、鏡の裏面にヒータを配置し、このヒータにより鏡を加熱しながら、鏡の表面を常に露点以上の温度に保つ方法が知られている(例えば、特許文献2を参照。)。
また、透明基材表面の親水性を向上させる技術として、基材に膜を塗布し、膜に添加する無機系粉末によって、微細な凹凸面を一様に形成することで親水化する方法が知られている(例えば、特許文献4を参照。)。
一方、特許文献2に記載の技術では、防曇効果に優れるものの、価格が高く、さらに電力消費も大きく、その用途は限定的である。
また光触媒はその作用の影響で、樹脂などの高分子材料を分解するため、基材としては無機材料に限定される。
特許文献5に記載の技術では、凹凸の製法がフォトリソグラフィー法及びトレンチドライエッチング法を使うことが前提で、基材はシリコン基板が前提であり、樹脂基材には適用できない。
また、本発明は、水膜の動作を制御して、所望の位置に水膜を残留させることができる成形構造体を提供することを目的とする。
(1)樹脂基材の一方の面上に連続的に水の凝集現象を防ぎ、水膜を形成するための親水性を示す微細凹凸構造が形成され、その微細凹凸構造の凸部の幅又は径が可視光の最短波長以下であり、凸部の中心間距離が200〜400nmであることを特徴とする成形構造体。
(2)(前記凸部の高さ)/(前記凸部の幅又は径)で表されるアスペクト比が0.5以上であることを特徴とする(1)に記載の成形構造体。
(3)前記樹脂基材の面上で前記微細凹凸構造が形成された領域Aと、微細凹凸構造が形成されていない撥水性の領域Bとが隣接して形成され、水膜が前記領域Bから前記領域Aに移動することを特徴とする(1)又は(2)に記載の成形構造体。
(4)可視光に対して透明であることを特徴とする(1)〜(3)の何れかに記載の成形構造体。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「アスペクト比」とは、凸部の底部(底面)の幅又は径に対する凸部の高さの比率、すなわち、(凸部の高さ)/(凸部の幅又は径)を表すものである。
また、樹脂基材上で親水性の領域Aと撥水性の領域Bを設け、水膜を領域Bから領域Aに移動させることで、DNAアレイでは、セルの部分のみに親水性の領域Aを形成し、他の部分を領域Bとするならば、液体を残して抗原抗体反応を高感度に検出することができる。また、マイクロTAS(Micro Total Analysis System)等、ミクロンオーダーの流体セルでは、流体を流したい流路部分に領域Aを形成し、流体を流したくない部分に領域Bを形成しておくならば、所望の部分のみに流体が流れやすくなるため、より低圧で流体を流すことが可能である。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
また以上挙げてきた熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂を適宜混合又は多層状に使用することができる。
γSV=γLVcosθ+γSL … (1)
cosθR=R(γSV−γSL)/γLV =Rcosθ …(2)
現実の生活レベルでは、水を大量にかけ、表面に付着した水はその自重の影響で、空気をほとんど追い出す状態となる。したがって、本発明における親水性の評価では、このようなWenzelの取り扱いで評価した場合に、水膜が途切れないように維持される状態を親水性があるものとして扱う。
また凸部2の断面形状は柱状又は錘状若しくはこれらに類似した形状とすることができるが、錘状は成形を行う上で好ましい。
一方、製法面の制約から、凸部2の寸法は幅又は径は50nm以上であることが好ましい。この寸法以下は加工限界である。可視光の波長領域は約400〜800nmであることから、凸部2の寸法は、幅又は径は50nm以上、400nm以下とすることが好ましい。また、ピッチも200nmに満たないものは加工限界である。
一方、凸部2の高さはアスペクト比0.5〜50である事が好ましい。アスペクト比50以上では型から転写した際に成形構造体を型から引き剥がす事が出来ず、加工限界である。
成形構造体Mの表面に水をかけて、一旦薄い水膜が形成されて維持されると、空気中の湿分や湯気が結露しても凝縮水が個々の水滴を形成せず、表面に光散乱性の曇りを生じさせず、防曇性が顕著になる。特に浴室などの高湿度環境での効果は絶大である。
同様に、窓ガラスや自動車用のバックミラーが降雨や水しぶきを浴びた場合に、離散した目障りな水滴が形成されずに視野が確保される効果がある。
Dsinα+D sinβ=Nnλ … (3)
この式から、格子周期Dをλ/n(波長/媒質の屈折率)にすることにより、実回折波の発生が抑えられて透明性を維持できることが分かる。例えば、樹脂基材1として屈折率n=1.57のPET(ポリエチレンテレフタレート)板を用いた場合、可視光の最短波長に対してD≦250nmであれば実回折波の発生が抑えられ透明性を維持できる。
なお、型4の基材4aとしては特に限定されないが、寸法精度などを考慮するとシリコン基板を用いることが好ましい。
そして、この状態の基材4aを回転テーブル101上に設置した後、回転テーブル101により基材を回転させると共に、移動テーブル102により回転ステージ101を基材4aの半径方向に一回転毎に可視光の最短波長以下のピッチで相対移動させながら、レーザー光源104を一定のパルス周波数で駆動しながら熱リソグラフィー層に対して描画を行う。
また、この後、基板と樹脂基材1とを分離してもよいし、このまま一体化してもよいし、さらに反対面側(凸部2が形成された面とは反対側の面)に多層化してもよい。すなわち、最表面側が本発明に記載した実施形態であれば、その下層側の構成は特に限定されない。
反転する際は、元の形状を精密に反転できる方法であればよく、例えばニッケル電鋳などが用いられる。ニッケル電鋳は、スルファミン酸ニッケル浴中でマスター表面にめっきを施す方法である。そしてこのめっきを引き剥がすことで反転物を得ることができる。なお、スルファミン酸ニッケルは皮膜の内部応力が小さいため、基材から引き剥がしやすく電鋳には好適である。
領域Aは、これまで説明してきたような凸部が形成された微細凹凸構造であって、親水性を呈する。一方、領域Bは微細凹凸構造は形成されておらず平坦な形状であり、樹脂基材1の表面そのものであるので撥水性を呈する。
領域Aと領域Bの形状や面積、配置は、領域Aと領域Bとが隣接していれば特に限定されず、領域Aは島状配置であって領域Bはその周囲で領域Aと隣接しながら連続的に配置することもできる。また、領域Aと領域Bの海島配置を逆に配置することもできる。
領域Bから領域Aへの水の移動を制御するには,たとえば領域Aを0.5×0.5mmの大きさで島状に配置した場合、近接する複数の領域Aの間隔を3mm以下(すなわち、近接する複数の領域Aに挟まれた領域Bの幅が3mm以下)とすることが好ましい。3mm以下とすると領域Bに水が残らないように制御できる。3mmを超えた場合は、領域Bから領域Aへの水の動きは発生するが間隔が広すぎて水が残らない状態にはならない。なお、領域Aの間隔や配置は領域Aの大きさに合わせて、適宜間隔を調整することができる。
実施例1では、実際に本発明を適用した成形構造体を作製した。具体的には、型を作製するために、シリコン板(三菱マテリアル電子化成株式会社製、Φ5インチシリコンウエハー、板厚0.6mm)に熱リソグラフィー法を用いて凹部を描画した。
次に、反応性エッチング装置(サムコ株式会社製、RIE−10NR)を用いて、エッチングを行い、シリコン板の表面に凹部を形成した。このとき用いた反応ガスは、CF4、O2、CHF3である。さらに、熱リソグラフィー層を沸酸等で除去し、凹部が形成されたシリコン板を作製した。形成された凹部の形状は逆円錐状であり、深さは約200nm、ピッチは約300nm、最大開口部の径は約300nmであった。
次に、この樹脂付きPETフィルムと上記で作製した型をインプリント装置にセットし、さらに型をフィルムの樹脂塗布側にプレス圧1MPaで保持しながら、フィルム側から強度250W/m2のUV光を20秒間照射し、光硬化性樹脂を硬化させた。
次に、型とフィルムを引き剥がし成形構造体を得た。以上により作製された実施例1の成形構造体5について、基材の表面をAFM(原子間力顕微鏡、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、プローブステーション NanoNavi)で測定したデータを図9に示す。図9によると、成形構造体の凸部20の形状は円錐状であり、その円錐の寸法は底面の径が約300nm、高さが約200nmであり、ピッチは約300nmであり、アスペクト比は0.67であった。
比較例1では、凹部が形成されていないシリコン板を型に用い、その他条件は実施例1と同一とし、平板状の成形構造体を作製した。
比較例2では、自動車のドアミラーに使用されている親水ミラー(本田技研工業株式会社製、フィット(登録商標)用ブルー親水ミラー)を用意した。この鏡(ミラー)は、基材がガラスで片面に反射材が設けられている。表面には、ガラス側から外側へTiO2、SiO2の順にスパッタリングにより成膜されている。SiO2は比較的多孔質に成膜され、これによりTiO2は光触媒による親水性を狙い、SiO2は暗所での親水性維持を狙っている。
実施例1、比較例1〜2の成形構造体について親水性を評価した。なお、測定室内は室温を23±3℃、相対湿度を45±10%にした。
親水性の評価は、成形構造体を水平にして、その表面全体に100mmの距離から霧吹きで数回に分けて水2ccをかけ、5秒間かけて成形構造体を90℃に立て、その時の水の濡れ広がりの状態を濡れ面積率として算出し、経日と濡れ面積率の関係を評価した。なお、濡れ面積率は、表面全体に対する水の濡れ面積である。
すると、7日後には濡れ面積率が78%、21日後には60%となり、暗所維持性は不十分であり、本発明を適用した成形構造体の方が親水性を維持できていることがわかる。
実施例1の成形構造体5の透明性の確認結果を図10に示す。図10は、実施例1の成形構造体5を、文字が印刷された紙の上に配置した状態の写真である。図10より、実施例1の成形構造体5の下にある文字も鮮明に読み取れることから、実施例1の成形構造体5は、表面に多数の凸部があるにも拘らず、透明性が維持されていることがわかる。
図11に示すような領域A(図11に符号8で示す領域)と領域B(図11に符号9で示す領域)が形成された成形構造体を熱リソグラフィー法とUVによるナノインプリントにより作製した。
領域Aには微細凹凸構造が形成され、凸部の形状は円錐状であり、底面の径は約300nm、高さが約200nm、ピッチが約300nmであり、アスペクト比は0.67である。領域Aは1mm×1mmの正方形の領域a1と、領域a1を囲んで形成された12個の0.5mm×0.6mmの長方形よりなる領域a2と、領域a1を囲んで隣接する領域a2、a2の間に形成された4個の0.2mm×0.2mmの正方形よりなる領域a3とを一つの単位として、島状に複数配置されている。
一方、領域A(領域a1、領域a2および領域a3)の周囲には微細凹凸構造が形成されていない領域Bが連続的に存在し、領域Bの間隔(すなわち、近接する領域A間の距離)は、最も広い箇所で2mm、最も狭い箇所で0.2mmである。
この成形構造体を地面に対して45度となるように壁に立てかけ、200mlの水をかけると、その直後は傾斜に合わせて水のほとんどが流れ去り、その後、成形構造体の表面に残っていた水膜が領域Bから領域Aに移動した。図12は、実施例2の成形構造体の散水60秒後の状態を示す写真である。図12に示すように、領域Aには水膜が残り、領域Bには水が残らない状態となった。したがって、本発明の成形構造体によれば、微細凹凸構造が形成された領域Aの親水性と、微細凹凸構造が形成されていない領域Bの撥水性とを利用することにより、水膜の移動を制御して、目的の位置に水膜を残すことが可能である。
Claims (4)
- 樹脂基材の一方の面上に連続的に水の凝集現象を防ぎ、水膜を形成するための親水性を示す微細凹凸構造が形成され、その微細凹凸構造の凸部の幅又は径が可視光の最短波長以下であり、前記凸部の中心間距離が200〜400nmであることを特徴とする成形構造体。
- (前記凸部の高さ)/(前記凸部の幅又は径)で表されるアスペクト比が0.5以上であることを特徴とする請求項1に記載の成形構造体。
- 前記樹脂基材の面上で前記微細凹凸構造が形成された領域Aと、前記微細凹凸構造が形成されていない撥水性の領域Bとが隣接して形成され、水膜が前記領域Bから前記領域Aに移動することを特徴とする請求項1又は2に記載の成形構造体。
- 可視光に対して透明であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の成形構造体。
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