JP2021161733A - 水栓 - Google Patents

Abstract

【課題】堆積した水垢等の汚れを少ない力または少ない拭き取り回数で除去できる水栓の提供。【解決手段】 基材と、当該基材上にある表面層とを含んでなり、前記部材の表面は、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．０４μｍ以上１μｍ以下であり、輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上５以下であり、かつ自己相関長さ（Ｓａｌ）が１０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする凹凸構造を有し、前記表面層は、撥水性であり、かつ、ＸＰＳ深さ方向分析で得られるプロファイルにおいて、ある測定点における炭素原子濃度と、その１点前の測定点における炭素原子濃度との差の絶対値が１．０ａｔ％以下となった点を表面層の終点とし、スパッタの開始から前記終点までのスパッタ時間が５分以内である、水栓。【選択図】図１

Description

本発明は、表面に撥水層を備える水栓に関し、詳細には、撥水層が長時間水と接する部位に適用された水栓に関する。

水道水を含む生活用水は、ケイ素、カルシウムを含み、これらの物質は水垢の要因となっている。生活用水に接する水まわり部材では、水垢の付着を抑制し、あるいは付着した水垢を容易に除去することが求められる。水まわり部材表面への水垢等の汚れの付着を防止し、あるいは汚れの除去性を高めるために、保護層で被覆するなどして部材表面を改質する技術が知られている。

しかしながら、保護層を設けることで着色が見られたり、保護層の傷つき・剥離などにより部材外観を損なわれたりすることが観察された。一方、水まわり部材の表面に汚れを付着させないことは困難であるため、清掃によって汚れを除去することが行われている。水垢等の落しにくい汚れを清掃する場合、特殊な洗剤を使って研磨するなどの方法が行われており、日常的に行うには負担の大きな作業である。そこで、簡単な清掃で汚れを除去できることが求められている。

保護層として、基材と直接化学結合させる単分子膜を用いた防汚技術が知られている。例えば、特開２００４−２１７９５０号公報（特許文献１）には、水栓金具表面をフッ素アルキルホスホン酸で被覆することで、水垢易除去性が得られることが記載されている。単分子膜は、視認できない薄い層であり、単分子膜を設けること自体により部材の外観が損なわれる可能性は低く、単分子膜の機能を付与することができる。また、単分子層の結合を、ホスホン酸により結合単分子膜を緻密に形成することによって、基材表面の水酸基の大部分をシールドすることで、基材表面への汚れ固着を防止し、汚れを容易に除去することができる。例えば、特開２０００−２６５５２６号公報（特許文献２）には、陶器表面の水酸基をシールドする防汚層を設けることで、珪酸スケール汚れの固着を抑制することが記載されている。この防汚層は、陶器表面の水酸基とフッ化アルキル基含有有機珪素化合物、加水分解性基含有メチルポリシロキサン化合物、およびオルガノポリシロキサン化合物を混合したものを塗布・乾燥した防汚層を開示している。

一方、衛生設備部材の表面性状に関し、特開２０１８−１６５３９４号公報（特許文献３）には、ステンレス表面を平滑（算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下、最大谷深さＰｖが２．０μｍ以下）にすることで油汚れの拭き取り性を高めることが記載され、ＵＳ２０１５／０２３９０２３号公報（特許文献４）には、材料表面に表面粗さＳａが１ｎｍ以上１ｍｍ以下の微細な凹凸構造を有する表面防汚層を設けることで、毛管作用により指紋を拡散させ、視認性を低下させることが記載されている。

特開２００４−２１７９５０号公報 特開２０００−２６５５２６号公報 特開２０１８−１６５３９４号公報 ＵＳ２０１５／０２３９０２３号公報

水垢等の汚れは日常の製品使用により汚れの付着および乾燥を繰り返すことで堆積し、汚れの除去に必要な拭き取る力が強くなったり、拭き取り回数が多くなったりするという課題があった。特に、日常の使用において、長時間水と接する部分、例えば、水栓の吐水口の周縁や台付水栓の基部などは汚れが堆積しやすく、表面層（例えば、単分子層）を形成したとしても、汚れが落としにくいという課題があった。

本発明者らは、水栓の表面にマイクロメートルオーダーの凹凸構造を有する撥水性の表面層を設けることで、平滑な表面層を設ける場合と比べて、堆積した水垢等の汚れを少ない力または少ない拭き取り回数で除去できることを見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。

本発明による水栓は、
基材と、当該基材上にある表面層とを含んでなり、
前記表面層を備えた部分の表面は、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる
二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．０４μｍ以上１μｍ以下であり、
輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上５以下であり、かつ
自己相関長さ（Ｓａｌ）が１０μｍ以上５０μｍ以下である
ことを特徴とする凹凸構造を有し、
前記表面層は、撥水性であり、かつ、ＸＰＳ深さ方向分析で得られるプロファイルにおいて、ある測定点における炭素原子濃度と、その１点前の測定点における炭素原子濃度との差の絶対値が１．０ａｔ％以下となった点を表面層の終点とし、スパッタの開始から前記終点までのスパッタ時間が５分以内である、ことを特徴とする。

本発明によれば、堆積した水垢等の汚れを少ない力または少ない拭き取り回数で除去できる水栓が提供される。

本発明による部材の基本構成を示す模式図である。 本発明による部材が適用される物品の一例である水栓の斜視図であり、本発明による部材の表面が好ましく適用される当該水栓の部位（下面および背面）を示す。

本発明による部材
本発明による水栓１は、図１に示すように、基材１０と、基材１０上にある表面層４０とを備えてなる。部材１は、基材１０と表面層４０との間に、中間層３０および／または着色層２０をさらに含んでいてもよい。

部材の表面の形状
水栓１の表面、代表的には表面層４０の表面は、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる、
二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．０４μｍ以上１μｍ以下であり、
輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上５以下であり、かつ
自己相関長さ（Ｓａｌ）が１０μｍ以上５０μｍ以下である
ことを特徴とする凹凸構造を有する。

このようなマイクロメートルオーダーの凹凸構造を有する撥水性の表面の形状を有することにより、平滑な表面の形状を有する場合と比べて、堆積した水垢等の汚れを少ない力または少ない拭き取り回数で除去することができる。上記凹凸構造を有する撥水性の表面層がこのような良好な水垢除去性を有する理由について、後記する作用機序を通して説明する。部材の表面の形状は表面層４０の形状を測定することで取得できる。
前記凹凸構造は、好ましくは、以下のとおりである：
二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．１０μｍ以上１μｍ以下であり、
輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上０以下であり、かつ
自己相関長さ（Ｓａｌ）が２０μｍ以上５０μｍ以下である。
なお、表面層４０の材料や性質（撥水性）については後述する。

水垢除去の作用機序
部材の表面から水垢が除去される作用機序について、部材の性質、表面形状の違いに基づいて説明する。ただし、以下の説明は仮説であり、この説明により本発明は何らの制限されるものではない。
撥水材表面の水垢は濡れ広がらないため、小さく厚みのある水垢を形成する。拭き取りによる除去時には、この水垢は撥水材表面と化学結合していない場合は撥水表面と界面の剥離が発生し、摩耗により除去される親水材表面の水垢よりも容易に除去することが出来る。そのため撥水材の方が親水材よりも水垢が取れやすい。
また、親水材においては、形成される水垢は一個であっても濡れ広がった形状を取り撥水材に形成した水垢と比べて硬く、基材と強固に結合する。そのため、基材が平滑でもうねっていても拭き取り時には摩耗により除去される。
撥水材に水垢を複数回堆積させていったとき、撥水材表面で水垢は厚みを大きく増す。この時、撥水表面が平滑であった場合には、水垢の拭き取り時に剥離が発生しなくなり、摩耗により除去されるため拭き取りの負荷が大きくなる。
一方で、撥水材表面が適切なうねりを持っている場合には拭き取りにかかる負荷は大きく減少する。これは、うねり表面ではＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒモードにより水滴の接触角が向上するとともにピン止め効果も弱まり、堆積された水垢は平滑材よりも面積が小さくなるために、基材との結合強度が小さく剥離によって容易に除去できるからである。
ただし、撥水材表面が平滑でない場合でもＳｓｋおよびＳａｌが低い値のときには堆積した水垢が除去しにくい。そのような表面では谷部が多くかつ急峻であるため、水垢が谷の内部に形成されアンカー効果が生じることで水垢が基材と強固に結合する。

表面形状の測定
部材の表面形状の測定は、例えば以下のように行われる。
測定前に、アルカリ性洗剤を用いて部材をウレタンスポンジで軽く擦り洗いをした後、超純水にて十分にすすぎ洗いを行った。部材の表面粗さをレーザー顕微鏡ＯＬＳ４５００（オリンパス製）により求める。測定領域は６４５μｍ角とし、測定時には、試料表面に焦点を合わせ、高精度モードで高さ情報を取得する。測定高さの範囲は、焦点が合わなくなり画面が暗転するまでの高さを上限および下限と設定する。
表面形状の測定に使用可能なレーザー顕微鏡の構成は例えば以下のとおりである。
装置：ＯＬＳ４５００
製品バージョン：１．１．８
アプリケーションバージョン：１．１．８．３
光源：４０５ｎｍ半導体レーザー
検出系：フォトマルチプライヤー
対物レンズ：OLYMPUS MPlan APO N 20X/0.60 LEXT
測定範囲：６４５μｍ×６４５μｍ

表面形状パラメータの算出
表面形状パラメータの算出
測定した画像を、傾き補正した後にフィルタ処理を行う。傾き補正には、解析ソフトウェアの曲面補正（自動）を用いる。フィルタ処理は、表面から小さな横方向の成分を除去し、一次表面をもたらすＳ−フィルタを使用する。Ｓ−フィルタのカットオフ値は５μｍを用いる。
表面形状パラメータの算出に使用可能な解析ソフトウェアの詳細は以下のとおりである。
ＯＬＳ４５００アプリケーション（バージョン：１．１．８．３）
画像処理：ソフトウェア上で画像補正、表面補正、曲面補正（自動）を行い、基材の大きな形状に由来する傾きなどを除く（プロファイル断面積：０、処理方向：ＸＹ方向）。その後、ガウシアンフィルタ（Ｓ−フィルタ：カットオフ値５μｍ）を用いる。
部材の表面（３次元）性状を、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる二乗平均平方根高さ：Ｓｑ、輪郭曲面のわい（歪）度：Ｓｓｋ、自己相関長さ：Ｓａｌを指標として求める。

表面層
本発明における表面層４０は、有機分子を含む撥水性の層であり、表面層４０より下の基材の色味を損なわない程度に透明かつ薄い。表面層が撥水層であることで、ケイ素、カルシウム（水垢の原因物質）を含む水道水に接する水栓において、水垢の付着が抑制され、また付着した水垢を容易に除去することができる。

表面層の材質
本発明において、表面層４０は、高分子層、低分子層または単分子層であってよい。

単分子層
本発明において、表面層４０は、疎水基Ｒおよび金属元素に対し配位性を有する官能基Ｘを含む層であり、表面層４０が単層で形成された単分子層であることが好ましく、Ｒ−Ｘからなる自己組織化単分子層（ｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ、ＳＡＭ）であることがより好ましい。自己組織化単分子層は、分子が緻密に集合した層となるため、撥水性に優れる。
ＳＡＭの厚さは、構成分子１分子の長さと同程度となる。ここで、「厚さ」とは、ＳＡＭのＺ方向に沿う長さを指す。ここで、図１において、基材１０から表面層４０に向かう方向をＺ方向とする。ＳＡＭの厚さは１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、より好ましくは３ｎｍ以下である。また、ＳＡＭの厚さは、０．５ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上である。ＳＡＭの厚さがこのような範囲になるような構成分子を用いることで、基材を効率的に被覆することができ、水垢等の汚染物質の易除去性に優れた水栓を得ることができる。

本発明の好適な態様において、ＳＡＭは、有機分子が固体表面に吸着する過程で、当該固体表面上に形成される分子集合体であり、分子同士の相互作用によって集合体構成分子が密に集合する。ＳＡＭは炭化水素基を含む。これによって、分子同士に疎水性相互作用が働き、分子が密に集合することができるため、汚れの易除去性に優れた水栓を得ることができる。

本発明において、非高分子の有機配位子Ｒ−Ｘは、疎水基Ｒと、金属元素に対し配位性を有する官能基Ｘとを備える。非高分子の有機配位子Ｒ−Ｘは、官能基Ｘを介して下地の表面と結合する。ここで、「非高分子」とは、国際純正応用化学連合(IUPAC)高分子命名法委員会による高分子科学の基本的術語の用語集(日本語訳)の定義１．１（すなわち、相対分子質量の大きい分子で、相対分子質量の小さい分子から実質的または概念的に得られる単位の多数回の繰返しで構成された構造をもつもの。http://main.spsj.or.jp/c19/iupac/Recommendations/glossary36.htmlを参照）に該当しない化合物を意味する。ＳＡＭは、このような非高分子の有機配位子Ｒ‐Ｘを用いて形成される層である。

非高分子の有機配位子Ｒ−Ｘ
本発明の好ましい態様において、表面層４０は非高分子の有機配位子Ｒ−Ｘを用いて形成される層である。疎水基Ｒは、ＣとＨとからなる炭化水素基であることが好ましい。Ｒの炭化水素基の骨格内に１ないし２個所で炭素以外の原子が置換されていても良い。置換される原子は、酸素、窒素、硫黄が挙げられる。好ましくは、Ｒの片末端（Ｘとの結合端ではない側の端部）はメチル基である。これによって、水栓の表面が撥水性となり、汚れの易除去性を高めることができる。

Ｒの具体例（アルキル）
本発明において、疎水基ＲはＣとＨとからなる炭化水素基であることが好ましい。炭化水素基は、飽和炭化水素基でもよいし、不飽和炭化水素基でもよい。また、鎖式炭化水素でもよいし、芳香環などの環式炭化水素を含んでもよい。Ｒは、好ましくは鎖式飽和炭化水素基であり、より好ましくは直鎖式の飽和炭化水素基である。鎖式飽和炭化水素基は、柔軟な分子鎖であるため、中間層を隙間なく覆うことができ、耐水性を高めることができる。Ｒが鎖式炭化水素基の場合は、好ましくは炭素数が６以上２５以下のアルキル基である。Ｒは、より好ましくは炭素数が１０以上１８以下のアルキル基である。炭素数が多い場合には、分子同士の相互作用が大きく、ＳＡＭの分子間隔を狭くすることができ、耐水性をさらに高めることができる。

Ｒの具体例（フッ素）
本発明において、疎水基Ｒはハロゲン原子、例えばフッ素原子を含有してよい。フッ素含有化合物を用いることで、高い撥水性の表面が得られる。ただし、高い水垢除去性を得るためにはハロゲン原子を含まない表面層のほうが好ましい。

Ｘの具体例
本発明において、官能基Ｘは、ホスホン酸基、リン酸基、ホスフィン酸基、カルボキシル基、シラノール基（あるいは、アルコキシシリル基などのシラノールの前駆体）、βジオール基、アミノ基、水酸基、ヒドロキシアミド基、αまたはβ−ヒドロキシカルボン酸基から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

カルボキシル基、βジオール基、アミノ基、水酸基、ヒドロキシアミド基、αまたはβ−ヒドロキシカルボン酸基は、官能基同士で重合することなく、中間層に含まれる金属元素に配位（吸着）するため、緻密な表面層が形成される。

本発明の好ましい態様によれば、Ｘは、リン原子を含む官能基のうち、ホスホン酸基、リン酸基、ホスフィン酸基から選ばれる少なくとも１種であり、より好ましくはホスホン酸基である。これにより、耐水性が高く、かつ汚染物質の易除去性に優れた部材を効率的に得ることができる。

単分子層のＲ−Ｘの具体例
一般式Ｒ‐Ｘで表される有機ホスホン酸化合物は、好ましくはオクタデシルホスホン酸、ヘキサデシルホスホン酸、ドデシルホスホン酸、デシルホスホン酸、オクチルホスホン酸、ヘキシルホスホン酸であり、より好ましくはオクタデシルホスホン酸、ヘキサデシルホスホン酸、ドデシルホスホン酸、デシルホスホン酸である。さらに、より好ましくは、オクタデシルホスホン酸である。

Ｒ−Ｘにおいて、ホスホン酸基を有する分子としてホスホン酸、リン酸基を有する分子として(有機)リン酸、ホスフィン酸基を有する分子としてホスフィン酸、カルボキシル基を有する分子としてカルボン酸、βジオール基を有する分子としてプロトカテク酸、没食子酸、ドーパ、カテコール（オルトヒドロキシフェニル）基、アミノ基を有する分子としてアミノ酸、水酸基を有する分子としてアルコール、ヒドロキシアミド基を有する分子としてヒドロキサム酸、αまたはβ−ヒドロキシカルボン酸基を有する分子としてサリチル酸、キナ酸を用いてもよい。

本発明において、表面層４０は、二種類以上のＲ‐Ｘから形成されていてもよい。二種類以上のＲ‐Ｘから形成された表面層とは、上述した化合物が複数種類混合されてなる表面層を意味する。また、本発明において、表面層４０は、水垢易除去性を損なわない範囲において、Ｒ‐Ｘ以外の有機分子を微量に含んでいてもよい。

中間層
本発明の好ましい態様によれば、表面層４０と基材１０との間に、または表面層４０と着色層２０との間に、中間層３０を設けてもよい。中間層３０は表面層４０および基材１０と良好な密着性を得ることができる。中間層３０の好ましい例としては、金属原子と酸素原子とを含む層が挙げられる。中間層３０において、前記金属原子は酸素原子と結合している。つまり、中間層３０には、酸化状態の前記金属元素が含まれる。本発明においては、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｉからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。また、中間層３０は、下地の色味を損なわないため、表面層４０と同じ程度のまたはそれ未満の厚みが好ましい。

着色層
本発明において、着色層は、着色層を有しない部材表面を対照として、着色層を有する部材表面のΔＬ＊、Δａ＊およびΔｂ＊の少なくとも１つの絶対値が０を超える色を呈する層である。本発明において、着色層は、ＺｒまたはＣを含んでなる層であることが好ましい。本発明において、着色層は、ＺｒまたはＣを含んでなる無機質の層であることが、部材の耐久性に優れる点で、より好ましい。

基材
本発明において、基材の材質は特に制限されず、例えば水栓の基材として一般的に使用されているもの使用することができる。

基材１０の領域１０ａ
基材１０は、支持材１０ａを含む。支持材１０ａの材質は、金属でもよいし、樹脂やセラミック、陶器、ガラスであってもよい。

基材１０の領域１０ｂ
また、基材１０には領域１０ｂが設けられていてもよい。領域１０ｂは、例えば、金属めっきや物理蒸着法（ＰＶＤ）にて形成された、金属を含む層または炭素を主として含む無機化合物からなる層である。領域１０ｂは、金属元素のみから構成されていてもよいし、金属窒化物（例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなど）、金属炭化物（例えば、ＣｒＣなど）、金属炭窒化物（例えば、ＴｉＣＮ、ＣｒＣＮ、ＺｒＣＮ、ＺｒＧａＣＮなど）等の形態で含まれていてもよい。領域１０ｂは支持材１０ａの上に直接形成されていてもよいし、領域１０ｂと支持材１０ａの間に異なる層を含んでいてもよい。領域１０ｂが設けられる基材１０としては、例えば、黄銅や樹脂で形成された支持材１０ａに金属めっき処理により領域１０ｂを設けた金属めっき製品が挙げられる。一方、領域１０ｂが設けられない基材１０としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）のような金属成型品が挙げられる。基材１０の表面性状は、特に限定されるものではないが、立体形状であることが好ましい。

表面層が有機ホスホン酸化合物からなる場合、領域１０ｂは、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｒおよびＡｌより選択される一以上の金属原子と酸素原子とを含む層を含んでいることが好ましい。

表面層が有機ホスホン酸化合物からなる場合、領域１０ｂは、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｒおよびＡｌより選択される一以上の金属原子と酸素原子とを含む層を含んでいることが好ましい。

部材構成の特定
本発明における部材構成の特定については、先ず、表面層４０を構成する元素をＸＰＳ測定により特定し、疎水基Ｒおよび官能基Ｘが存在することは質量分析により確認する。また、表面層４０および中間層３０の厚みはＸＰＳ測定で元素の存在比を測定しながらスパッタリングすることで確認する。次に、着色層２０および基材１０の特定については、断面をＳＥＭ観察することでその存在および境界を識別する。上記の測定の前には表面に付着した汚れを除去するために前処理を行う。

前処理
本発明において、測定前に水栓の表面を洗浄し、表面に付着した汚れを十分に除去する。例えば、エタノールによる拭取り洗浄、および中性洗剤によるスポンジ摺動洗浄の後、超純水にて十分にすすぎ洗いを行う。また、表面にヘアライン加工やショットブラスト加工などが施された、表面粗さが大きな水栓の場合は、測定する部位には、できるだけ平滑性の高い平面の部分を選んで測定する。平滑性の高い部分とは、粗い部分に比べて光を拡散するため、色差測定した場合に正反射成分を含まないＳＣＥ方式によるＬ＊が５未満の点のことを指す。

表面層の特定
表面層のＲおよびＸの認定

本発明において、表面層は以下の手順で詳細に確認する。先ず、ＸＰＳ分析にて表面元素分析を行い、表面層に含まれる元素を確認する。次に、質量分析にて表面に存在する成分の分子に由来する質量電荷比（ｍ/ｚ）から分子構造を特定する。質量分析は、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ‐ＳＩＭＳ）または高分解能質量分析法（ＨＲ−ＭＳ）を用いることができる。ここで高分解能質量分析法とは、質量分解能が０．０００１ｕ（ｕ：Ｕｎｉｆｉｅｄ ａｔｏｍｉｃ ｍａｓｓ ｕｎｉｔｓ）又は０．０００１Ｄａ未満の精度で測定可能で精密質量から元素組成が推定できるものを指す。ＨＲ−ＭＳとしては、二重収束型質量分析法、飛行時間型タンデム質量分析法（Ｑ−ＴＯＦ−ＭＳ）、フーリエ変換型イオンサイクロトロン共鳴質量分析法（ＦＴ−ＩＣＲ−ＭＳ）、オービトラップ質量分析法などが挙げられ、本発明においては飛行時間型タンデム質量分析法（Ｑ−ＴＯＦ−ＭＳ）を用いる。質量分析は、部材から十分な量のＲおよびＸを回収できる場合は、ＨＲ−ＭＳを用いることが望ましい。一方、部材のサイズが小さいこと等の理由で、部材から十分な量のＲおよびＸが回収できない場合は、ＴＯＦ‐ＳＩＭＳを用いることが望ましい。質量分析を用いる場合、イオン化したＲおよびＸに相当するｍ／ｚのイオン強度が検出されることで、ＲおよびＸの存在を確認できる。ここでイオン強度は、測定範囲においてイオン強度が算出されている範囲の中で最も値が低いｍ／ｚを中心に前後５０Ｄａの平均値の信号の３倍以上を有することで検出されているとみなす。

表面層のＲおよびＸ認定時のＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定条件
飛行時間型２次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）装置には、例えば、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ５（ＩＯＮ−ＴＯＦ社製）を用いる。測定条件は、照射する１次イオン：２０９Ｂｉ３＋＋、１次イオン加速電圧２５ｋＶ、パルス幅１０．５ｏｒ７．８ｎｓ、バンチングあり、帯電中和なし、後段加速９．５ｋＶ、測定範囲（面積）：約５００×５００μｍ2、検出する２次イオン：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ、Ｎｅｇａｔｉｖｅ、Ｃｙｃｌｅ Ｔｉｍｅ：１１０μｓ、スキャン数１６とする。測定結果として、ＲおよびＸに由来する２次イオンマススペクトル（ｍ／ｚ）を得る。２次イオンマススペクトルは、横軸は質量電荷比（ｍ／ｚ）、縦軸は検出されたイオンの強度（カウント）として表される。

表面層のＲおよびＸ認定時のＨＲ／ＭＳ測定条件
高分解能質量分析装置として飛行時間型タンデム質量分析装置（Ｑ−ＴＯＦ−ＭＳ）、例えば、Ｔｒｉｐｌｅ ＴＯＦ ４６００（ＳＣＩＥＸ社製）を用いる。測定には、例えば、切り出した基材をエタノールに浸漬させ、表面層を形成するために用いた成分（ＲおよびＸ）を抽出し、不要成分をフィルターろ過後、バイアル瓶（１ｍＬ程度）に移した後に測定する。測定条件は、例えば、イオン原：ＥＳＩ／Ｄｕｏ Ｓｐｒａｙ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ、イオンモード（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ／Ｎｅｇａｔｉｖｅ）、ＩＳ電圧（−４５００Ｖ）、ソース温度（６００℃）、ＤＰ（１００Ｖ）、ＣＥ（４０Ｖ）でのＭＳ／ＭＳ測定を行う。測定結果として、ＭＳ／ＭＳスペクトルを得る。ＭＳ／ＭＳスペクトルは、横軸は質量電荷比（ｍ／ｚ）、縦軸は検出されたイオンの強度（カウント）として表される。

各原子濃度の測定
各試料の表面層の組成は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により求める。測定前に、中性洗剤でスポンジ摺動後、超純水にて十分にすすぎ洗いを行う。ＸＰＳ装置には、ＰＨＩ ＱａｎｔｅｒａＩＩ（アルバック・ファイ製）を用いることが好ましい。各元素を、下記の「ＸＰＳによる元素分率の測定条件」および「ＸＰＳスパッタ分析時の条件１」で測定することによりスペクトルを得る。
検出された原子の濃度は、得られたスペクトルから、データ解析ソフトウェアＰＨＩ ＭｕｌｔｉＰｕｋ（アルバック・ファイ製）を用いて算出する。得られたスペクトルは、測定された各原子の電子軌道に基づくピークに対してＳｈｉｒｅｌｙ法でバックグラウンドを除去した後にピーク面積強度を算出し、データ解析ソフトウェアに予め設定されている装置固有の感度係数で除算することで補正処理を行う。測定した元素種全ての補正後のピーク面積強度の合計に対する、ある元素の補正後のピーク面積の割合を対象の原子濃度と定義し、ａｔ．％単位で算出する。

ＸＰＳによる元素分率の測定条件
Ｘ線条件：単色化ＡｌＫα線、２５Ｗ、１５ｋＶ
分析領域：１００μｍφ
中和銃条件：１．０Ｖ、１０μＡ
光電子取り出し角：４５°
Ｔｉｍｅ Ｐｅｒ Ｓｔｅｐ：５０ｍｓ
Ｓｗｅｅｐ：５回
Ｐａｓｓ ｅｎｅｒｇｙ：１１２ｅＶ
分析元素（エネルギー範囲）：Ｚｒ３ｄ（１７７−１８７ｅＶ）、Ｃ１ｓ（２８１−２９６ｅＶ）、Ｎ１ｓ（３９４−４０６ｅＶ）、Ｏ１ｓ（５２４−５４０ｅＶ）、Ｃｒ２ｐ３（５７２−５８２ｅＶ）、Ｔｉ２ｐ（４５２−４６３ｅＶ）、Ｓｉ２ｐ（９８―１０８ｅＶ）

ＸＰＳスパッタ分析時の条件１（以下、「スパッタ条件１」という）
不活性ガス種：Ａｒ
スパッタ電圧：５００Ｖ
スパッタ範囲：２ｍｍ×２ｍｍ
スパッタ間隔：１０秒
なお、スパッタ電圧とはＡｒイオン銃に印加する電圧、スパッタ範囲とはスパッタリングにより削る表面の範囲を指す。また、スパッタサイクルとは深さ方向の一測定ごとにＡｒガスを連続して照射した時間を指し、スパッタサイクルの総和をスパッタ時間とする。

表面層の厚さの特定
前記表面層は、スパッタ条件１のＸＰＳ測定において、ある測定点における炭素原子濃度と、その１点前の測定点における炭素原子濃度との差の絶対値が１．０ａｔ％以下となった点を表面層の終点とし、スパッタの開始から終点までのスパッタ時間が５分以内、好適には３分以内であることを特徴とする。この時間が表面層の厚さの指標となる。

好ましい表面層４０の炭素原子濃度
本発明において、表面層４０の炭素原子濃度は、好ましくは３５ａｔ％以上であり、より好ましくは４０ａｔ％以上であり、さらに好ましくは４３ａｔ％以上であり、最も好ましくは４５ａｔ％以上である。また、炭素原子濃度は、好ましくは７０ａｔ％未満であり、より好ましくは６５ａｔ％以下であり、さらに好ましくは６０ａｔ％以下である。炭素原子濃度の好適な範囲はこれらの上限値と下限値とを適宜組み合わせることができる。炭素原子濃度をこのような範囲とすることにより、水垢易除去性を高めることができる。

好ましい表面層４０のリン原子濃度
本発明において、表面層４０のリン原子濃度は、好ましくは１．０ａｔ％以上１０ａｔ％未満である。リン原子濃度をこの範囲とすることで、表面層４０は緻密であることを示している。これによって、十分な耐水性を有し、水垢易除去性に優れた水栓を得ることができる。より好ましくは、リン原子濃度は１．５ａｔ％以上１０ａｔ％未満である。これによって、さらに耐水性、および水垢易除去性を高めることができる。

撥水性

本発明の水栓は、その表面における水滴接触角が、好ましくは９０°以上であり、より好ましくは１００°以上であることを指す。水滴接触角は、静的接触角を意味し、基材に２μｌの水滴を滴下し、１秒後の水滴を基材側面から撮影することによって求められる。測定装置としては、例えば接触角計（型番：ＳＤＭｓ−４０１、協和界面科学株式会社製）を用いることができる。

中間層の認定
本発明において、中間層の存在は、ＸＰＳ深さ方向分析により認定できる。先ず（スパッタ条件１）で10分間ＸＰＳ測定を行い、炭素原子の検出が１点前の測定点との差が１．０ａｔ％以下となった点において、１０ａｔ％以上検出される金属元素を確認する。当該元素の濃度が10分スパッタ時に３．０ａｔ％以下になった場合、当該元素の存在範囲を中間層と認定できる。当該元素の濃度が５分スパッタ時に３．０ａｔ％以下に下がらなかった場合、部材が中間層を設けていないとする。

着色層および基材の認定
着色層を含んでも良い基材を断面方向に切断し、イオンミリング装置を用いて断面ミリングを行い、平滑な断面を得る。この断面に対して、走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ／ＥＤＸ）を用いて観察を行うことで、着色層および基材の識別ができる。観察領域は、着色層と基材が収まるようにＳＥＭ画像を取得する。そのＳＥＭ画像に対して、ＥＤＸによるマッピング分析を行うことで、着色層および基材の元素分布を視覚的に確認することができる。この元素分布の異なる境界面を、着色層および基材の境界面と識別する。

水栓の製造方法
本発明の水栓は以下の工程：
（ａ）その表面に、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる
二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．０４μｍ以上１μｍ以下であり、
輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上５以下であり、かつ
自己相関長さ（Ｓａｌ）が１０μｍ以上５０μｍ以下である
ことを特徴とする凹凸構造を有する基材、または当該凹凸構造を有する着色層を備えた基材を用意する工程と、
（ｂ）前記凹凸構造を有する基材または前記凹凸構造を有する着色層の表面に、表面層を形成する工程と
を含んでなる方法により製造されることが好ましい。
基材表面の上記凹凸構造はマイクロメートルのオーダーであり、表面層の厚みはナノメートルのオーダーであるため、上記のような製法であることが、撥水性を損ねずに表面層を形成できる。

前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）の間に、前記凹凸構造を有する基材の表面にめっきを施す工程をさらに含むことができる。

本発明において、好ましくは、前記工程（ａ）は、
（ａ１）支持材を用意する工程と、
（ａ２）前記支持材の表面に、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる
二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．０４μｍ以上１μｍ以下であり、
輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上５以下であり、かつ
自己相関長さ（Ｓａｌ）が１０μｍ以上である
ことを特徴とする凹凸構造を形成し、前記基材を作製する工程と
を含む。

本発明において、好ましくは、前記工程（ａ１）と前記工程（ａ２）の間に、前記支持材の表面にめっきを施し、表面にめっき層を備えた支持材を作製する工程をさらに含む。

水栓の使用環境
本発明の水栓は、その表面に、水（例えば、生活用水または工業用水）がかかる環境で用いられるものである。

本発明において、水がかかる環境としては、水を用いる場所であって、例えば、住宅や、公園、商業施設、オフィスなどの公共施設などの水を用いる場所が挙げられ、そのような場所としては、好ましくは、バスルーム、トイレ空間、化粧室、洗面所、台所などが挙げられる。

本発明の水栓は、水と接する時間が当該水栓の中で比較的長時間である部位に、表面層が形成されていることが好ましい。このような部位は、水栓の表面と水と空気との界面で水垢の形成が助長される。そのため、本発明の表面が当該部位に適用されることで、本発明の効果が最も生かされ、堆積した水垢等の汚れを少ない力または少ない拭き取り回数で除去できる。

本発明の効果が大きい部分として、例えば、図２の矢印部に示すような吐水口の周縁や、台付水栓の基部（例えば、洗面器と接する部位または部材）などが含まれる。このような部位は水栓の正面または上面に比べて清掃時に手が届きにくく、また力もかけにくいことから水垢が堆積して目立つ汚れになりやすい。このような部位に本発明で示す凹凸形状を設けることで、少ない拭き取り回数で水垢を除去することができ、部材の外観を保つことができる。

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

部材の作製
（実施例１）
黄銅板にニッケルめっきを施した後に、ドライブラスト装置（製品名：ニューマブラスターＳＧＦ−４（Ｂ）、不二製作所製）を用いて表面に凹凸形状を形成し、その後クロムめっきして、基材を作製した。
ブラストの条件は次のとおりとした。すなわち、ブラストガンは直径１２ｍｍの丸ガンを使用し、エア圧を０．２０ＭＰａ、投射距離を２００ｍｍ、加工時間を１ｓ／ｃｍ２とし、研磨剤はＦＺＢ１２０（不二製作所製）を使用した。
次いで、炭化水素基を備えてなる表面層を以下の手順により形成した。
先ず、基材の表面に存在する汚れを除去するために、アルカリ性洗剤入りの水溶液で超音波洗浄し、その後、基材表面を流水に当てて洗剤を除去した。さらに、イオン交換水に浸漬し、超音波洗浄によるすすぎ洗いをした後、エアーダスターで水分を除去した。
次に、基材を２．５Ｍ水酸化ナトリウム水溶液に５０℃・５分間浸漬したのち、イオン交換水にて十分にすすぎ洗いを行った。
表面層を形成するための処理剤として、オクタデシルホスホン酸（ＯＤＰＡ）（製品コード:Ｏ０３７１、東京化成工業製）をエタノール（富士フイルム和光純薬製、和光一級）に溶解させた溶液を用いた。基材を処理剤の中に１分以上浸漬し、エタノールにて掛け洗い洗浄した。その後、乾燥機にて１２０℃で１０分間乾燥させ、基材表面に有機層を形成させた。こうして、実施例１の部材を作製した。

（実施例２）
黄銅板をサンドペーパー（製品名：ＦＲＣＣ−ＳＤＳ１８０番、日本研紙製）により一方向のみに２０回程度こすり、表面に筋状の凹凸形状を形成し、その後にニッケルクロムメッキして、基材を作製した。
次いで、この基材の表面に実施例１と同様の手順で有機層を形成させた。こうして、実施例２の部材を作製した。

（実施例３）
サンドペーパーを別のもの（製品名：ＦＲＣＣ−ＳＤＳ６００番、日本研紙製）に変えた以外は実施例２と同様にして実施例３の部材を作製した。

（実施例４）
黄銅板をサンドペーパー（製品名：ＦＲＣＣ−ＳＤＳ１８０番、日本研紙製）により一方向のみに２０回程度こすり、表面に筋状の凹凸形状を形成し、その後にニッケルクロムメッキして、基材を作製した。
次いで、フッ化炭素基を備えてなる表面層を以下の手順により形成した。
先ず、基材の表面に存在する汚れを除去するために、アルカリ性洗剤入りの水溶液で超音波洗浄し、その後、基材表面を流水に当てて洗剤を除去した。さらに、イオン交換水に浸漬し、超音波洗浄によるすすぎ洗いをした後、エアーダスターで水分を除去した。
次に、基材へ紫外光（波長：２５４ｎｍ、照射強度：１５ｍＷ／ｃｍ２程度）を１０分間照射した。
その後、シリコーン系プライマー（製品名：ＫＢＭ４０３、信越化学製）をイソプロピルアルコール（富士フイルム和光純薬製）に溶解させた溶液を、不織布（製品名：ベンコットＭ３−ＩＩ、旭化成製）に浸み込ませ、基材全体に塗り広げたのち、１０分間自然乾燥させて中間層を形成した。
表面層を形成するための処理剤として、フッ化アルキル基を含有するコーティング剤（製品名：ＳＵＲＥＣＯ２１０１Ｓ、ＡＧＣ製）を用いた。この処理剤を不織布（製品名：ベンコットＭ３−ＩＩ、旭化成製）に浸み込ませ、基材全体に塗り広げたのち、乾燥機にて１２０℃で３０分間乾燥させた。
こうして、実施例４の部材を作製した。

（実施例５）
サンドペーパーを別のもの（製品名：ＦＲＣＣ−ＳＤＳ６００番、日本研紙製）に変えた以外は実施例４と同様の手順で実施例５の部材を作製した。

（実施例６）
図２の壁付シングルレバー水栓（品番：ＴＫＳ０５３１５Ｊ、ＴＯＴＯ製）の上面に実施例２と同様の手順で表面凹凸および有機層を形成し、実施例６の部材を作製した。

（比較例１）
黄銅板にニッケルクロムメッキを施した後に、自動研磨機（ビューラー製）により表面をバフ研摩し、基材を作製した。研摩粒子には、平均粒径が０．０５μｍのアルミナ粒を用いた。
次いで、この基材の表面に実施例１と同様の手順で表面層を形成し、比較例１の部材を作製した。

（比較例２）
比較例１に用いた基材を使用し、この基材の表面に実施例４と同様の手順で表面層を形成し、比較例２の部材を作製した。

（比較例３）
黄銅板にニッケルめっきを施した後に、表面をヘアライン加工し、その後クロムめっきして、基材を作製した。
次いで、この基材の表面に実施例１と同様の手順で表面層を形成し、比較例３の部材を作製した。

（比較例４）
比較例１に用いた基材を使用し、この基材の表面に実施例４と同様の手順で表面層を形成し、比較例４の部材を作製した。

（比較例５）
ドライブラスト装置のエア圧を０．２５ＭＰａにした以外は実施例１と同じ処理を施し、比較例５の部材を作成した。

（比較例６）
ドライブラスト装置のエア圧を０．３０ＭＰａにした以外は実施例１と同じ処理を施し、比較例６の部材を作成した。

性能試験
上記のとおり作製した各部材を試料に供して、以下の試験を行った。

水垢の除去性試験
乾燥炉中で５０℃に加熱した各試料の表面に、水道水を２００μｌ滴下し、液体が乾燥するまで放置した。この操作を１サイクルとした。同一の操作を再び行い、すなわち１サイクル後に形成された水垢の上にさらに水道水を滴下し、乾燥させ、２サイクル分の水垢を形成した。さらに同一の操作を繰り返し行い３サイクル、５サイクル分の水垢を作製した。水垢が形成された試料を以下の手順で評価した。

（ｉ）乾いた布を用いて、試料の表面に対して軽い荷重（８０ｇｆ／ｃｍ２）を掛けながら、５回往復摺動させた。
（ｉｉ）水垢の除去を確認出来れば試験を終了する。水垢の残りが存在する場合は（ｉ）を繰り返した。
水垢除去の可否は、試料の表面を流水で洗い流し、エアーダスターで水分を除去した後、試料の表面に水垢が残存しているかを目視で判断した。

（ｉ）、（ｉｉ）の手順により水垢の除去に要した摺動回数に基づき、水垢除去性能を以下のとおり評価した。
５回で除去できたとき ３点
１０回で除去できたとき ２点
１５回で除去できたとき １点
１５回で除去できなかったとき ０点
評価結果を表１に記載した。

特性の測定
上記のとおり作製した各部材を試料に供して、以下の測定を行った。

表面形状の測定
測定前に、アルカリ性洗剤を用いて各試料をウレタンスポンジで軽く擦り洗いをした後、超純水にて十分にすすぎ洗いを行った。各試料の表面粗さをレーザー顕微鏡ＯＬＳ４５００（オリンパス製）により求めた。測定領域は６４５μｍ角とした。測定時には、試料表面に焦点を合わせ、高精度モードで高さ情報を取得した。測定高さの範囲は、焦点が合わなくなり画面が暗転するまでの高さを上限および下限と設定した。
なお、使用したレーザー顕微鏡の構成は以下のとおりである。
装置：ＯＬＳ４５００
製品バージョン：１．１．８
アプリケーションバージョン：１．１．８．３
光源：４０５ｎｍ半導体レーザー
検出系：フォトマルチプライヤー
対物レンズ：OLYMPUS MPlan APO N 20X/0.60 LEXT
測定範囲：６４５μｍ×６４５μｍ

表面形状パラメータの算出
測定した画像は、傾き補正した後にフィルタ処理を行った。傾き補正には、解析ソフトウェアの曲面補正（自動）を用いた。フィルタ処理は、表面から小さな横方向の成分を除去し、一次表面をもたらすＳ−フィルタを使用した。Ｓ−フィルタのカットオフ値は５μｍを用いた。
なお、使用した解析ソフトウェアの詳細は以下のとおりである。
ＯＬＳ４５００アプリケーション（バージョン：１．１．８．３）
画像処理：ソフトウェア上で画像補正、表面補正、曲面補正（自動）を行い、基材の大きな形状に由来する傾きなどを除いた（プロファイル断面積：０、処理方向：ＸＹ方向）。その後、ガウシアンフィルタ（Ｓ−フィルタ：カットオフ値５μｍ）を用いた。
各試料の表面（３次元）性状を、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる二乗平均平方根高さ：Ｓｑ、輪郭曲面のわい（歪）度：Ｓｓｋ、自己相関長さ：Ｓａｌを指標として求めた。Ｓｑ、Ｓｓｋ、Ｓａｌの測定値を表１に記載した。

各原子濃度の測定
前記（スパッタ条件１）でのＸＰＳ測定において、炭素原子の検出が１点前の測定点との差が１．０ａｔ％以下となった点を表面層の終点とし、その１点前までのスパッタ時間を表１に記載した。

１０ 基材、１０ａ 基材１０の一領域、１０ｂ 基材１０の他の一領域、２０ 着色層、３０ 中間層、４０ 表面層

Claims (8)

1. 基材と、当該基材上にある表面層とを含んでなり、
   前記部材の表面は、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる
   二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．０４μｍ以上１μｍ以下であり、
   輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上５以下であり、かつ
   自己相関長さ（Ｓａｌ）が１０μｍ以上５０μｍ以下である
   ことを特徴とする凹凸構造を有し、
   前記表面層は、撥水性であり、かつ、ＸＰＳ深さ方向分析で得られるプロファイルにおいて、ある測定点における炭素原子濃度と、その１点前の測定点における炭素原子濃度との差の絶対値が１．０ａｔ％以下となった点を表面層の終点とし、スパッタの開始から前記終点までのスパッタ時間が５分以内である、水栓。
2. 前記凹凸構造は、
   二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．１０μｍ以上１μｍ以下であり、
   輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上０以下であり、かつ
   自己相関長さ（Ｓａｌ）が２０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１に記載の水栓。
3. 前記表面層の、前記ＸＰＳ深さ方向分析で得られるプロファイルにおいて、ある測定点における炭素原子濃度と、その１点前の測定点における炭素原子濃度との差の絶対値が１．０ａｔ％以下となった点を表面層の終点とし、スパッタの開始から前記終点までのスパッタ時間が３分以内である、請求項１または２に記載の部材。
4. 水栓、トイレを構成する部材、または浴室を構成する部材の下面または背面として、その表面が適用される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の部材。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の部材の製造方法であって、
   （ａ）その表面に、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる
   二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．０４μｍ以上１μｍ以下であり、
   輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上５以下であり、かつ
   自己相関長さ（Ｓａｌ）が１０μｍ以上５０μｍ以下である
   ことを特徴とする凹凸構造を有する基材を用意する工程と、
   （ｂ）前記凹凸構造を有する基材の表面に、表面層を形成する工程と
   を含んでなる、方法。
6. 前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）の間に、前記凹凸構造を有する基材の表面にめっきを施す工程をさらに含んでなる、請求項５に記載の方法。
7. 前記工程（ａ）は、
   （ａ１）支持材を用意する工程と、
   （ａ２）前記支持材の表面に、ＪＩＳ Ｂ ０６８１−２（２０１８）で定められる
   二乗平均平方根高さ（Ｓｑ）が０．０４μｍ以上１μｍ以下であり、
   輪郭曲面のわい度（Ｓｓｋ）が−１以上５以下であり、かつ
   自己相関長さ（Ｓａｌ）が１０μｍ以上５０μｍ以下である
   ことを特徴とする凹凸構造を形成し、前記基材を作製する工程と
   を含んでなる、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記工程（ａ１）と前記工程（ａ２）の間に、前記支持材の表面にめっきを施し、表面にめっき層を備えた支持材を作製する工程をさらに含んでなる、請求項７に記載の方法。

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