JP2023046034A - 成形構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴を任意の方向に効率的に移動させることができ、高い液滴排出効果を有し、防曇効果に優れた成形構造体を提供する。【解決手段】基材の表面に複数の溝要素ＧＥを一列に連結してなる溝を有する。溝要素は第１溝領域Ｒ１、円錐形状を有する円錐溝領域ＣＲ及び断面がＶ字形状を有する第２溝領域Ｒ２からなる。第１溝領域は一端において溝壁面Ｓ１Ｒが円錐溝領域に相似形状で小なる大きさの円錐面に両側から外接し、他端において溝壁面Ｓ１Ｌが円錐溝領域に両側から外接する。第２溝領域は一端において溝壁面Ｓ２Ｒが円錐面に両側から外接し、他端において溝壁面Ｓ２Ｌが円錐溝領域に両側から外接する。第１及び第２溝領域は、円錐溝領域との接続部において円錐溝領域と同一の深さを有し、一端及び他端において円錐面と同一の深さを有する。第１及び第２溝領域、円錐溝領域の形状は所定の条件式を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、成形構造体、特に基材の表面に微細溝が形成された成形構造体に関する。

従来、光学部品などの表面が曇ることを防ぐために、部品表面に防曇コーティングを施すことや、部品表面に水滴を水膜化させるための微細溝を形成することが知られている。

例えば、特許文献１には、スプレーや薄膜の塗布や、電気的な手段に頼ることなく、基材表面の構造だけで、親水性、防曇性、セルフクリーニング性を発現する成形構造体について開示されている。

また、特許文献２には、親水性を有する鏡の表面に水膜として保持可能な許容量を超えた余剰の水を誘導する手段を設けた浴室用鏡について開示されている。

また、非特許文献１には、開口表面の微細溝の形状と、接触角、毛細管流動に関する動力学の研究について開示されている。

特開２００９－１９３００２号公報 特開２０００－２７９２９６号公報

R.R.Rye et al., Capillary Flow in Irregular Surface Grooves,Langmuir 1998, 14, 3937-3943

しかしながら、防曇コーティングでは保水量に限界があり、液滴排出効果も無い。また、毛細管現象を利用した従来の縦溝加工では、水滴のピン止め効果が発現し、液滴が移動しなくなってしまう問題があった。また、液滴が移動しなくなると、視認できるような大きな水滴が形成されるという問題があった。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高い液滴排出効果を有し、防曇効果に優れた光学部品などの成形構造体を提供することを目的とする。また、液滴を任意の方向に効率的に移動させることができる溝構造を有する成形構造体を提供することができる。

本発明の１実施形態による成形構造体は、
基材と、
前記基材の表面に、各々が第１端部及び第２端部を有する複数の溝要素を、１の溝要素の前記第１端部を他の溝要素の前記第２端部に順次接続し、一列に連結してなる少なくとも１つの溝と、を有し、
前記溝要素は、溝壁面が四角形形状で断面がＶ字形状を有する第１溝領域、溝壁面が円錐形状を有する円錐溝領域及び溝壁面が四角形形状で断面がＶ字形状を有する第２溝領域からなり、
前記第１溝領域は、一端が前記第１端部であって溝壁面が前記円錐溝領域に相似形状で小なる大きさの円錐面に両側から外接し、他端において溝壁面が前記円錐溝領域に両側から外接し、
前記第２溝領域は、一端が前記第２端部であって溝壁面が前記円錐面に両側から外接し、他端において溝壁面が前記円錐溝領域に両側から外接し、
前記第１溝領域及び前記第２溝領域は、前記円錐溝領域との接続部において前記円錐溝領域と同一の深さを有し、かつ前記第１端部及び前記第２端部において前記円錐面と同一の深さを有し、
前記円錐溝領域の底面の中心から前記第１端部の前記円錐面の底面の中心に向かう方向を第１方向、前記第２端部の前記円錐面の底面の中心から前記円錐溝領域の底面の中心に向かう方向を第２方向とし、
前記第１溝領域の前記第１方向における長さ及び前記第２溝領域の前記第２方向における長さをそれぞれＬ１，Ｌ２とし、
前記基材表面における、前記円錐溝領域の底面の直径及び前記円錐面の底面の直径をそれぞれＷ１、Ｗ２とし、
前記円錐溝領域及び前記円錐面の深さをそれぞれＤ１，Ｄ２としたとき、前記溝要素は、
Ｌ１＜Ｌ２ ・・・式（１）
Ｗ１＞Ｗ２ ・・・式（２）
Ｄ１＞Ｄ２ ・・・式（３）
（Ｄ２／Ｗ２）＞（Ｄ１／Ｗ１） ・・・式（４）
を満たしている。

静止状態における固体の表面張力、液体の表面張力、及び固体／液体間の界面張力の３つの張力を説明する図である。 溝構造と液滴移動の関係を説明する図である。 本発明の第１の実施形態による溝要素ＧＥの第１溝領域Ｒ１、第２溝領域Ｒ２及び円錐溝領域ＣＲを模式的に示す斜視図である。 基材１１の表面に設けられた溝ＧＲの溝要素ＧＥを、基材１１に対して垂直な方向から見たときの上面図である。 図３Ａに示す溝要素ＧＥを－ｙ方向から見たときの溝側面を模式的に示す図である。 溝要素ＧＥを－ｘ方向から見たときの溝断面を模式的に示す図である。 第１の実施形態による成形構造体１０の上面を模式的に示す上面図である。 成形構造体１０の表面に形成された溝ＧＲの一部を拡大して示す部分拡大図である。 第２の実施形態による溝要素ＧＥの第１溝領域Ｒ１、第２溝領域Ｒ２及び円錐溝領域ＣＲを、基材１１に対して垂直な方向から見た（上面視）ときの模式的な上面図である。 第２の実施形態の溝要素ＧＥ２と、第１の実施形態の溝要素ＧＥ１とを接続した場合の接続形態を示す上面図である。 ２つの溝要素ＧＥ１が接続された接続形態を示す上面図である。 実施例１（Ex.1）の溝構造２２を模式的に示す上面図である。 実施例１の溝構造２２にノズルＮＺから滴下された水滴の変化を溝ＧＲの伸長方向（ｘ方向）及びこれに垂直な方向（ｙ方向）から接触角計のカメラで観察した観察像を示す図である。 実施例１において、水滴滴下後の経過時間ＬＴに対する水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角の測定結果を示すグラフである。 実施例２（Ex.2）の溝構造２２を模式的に示す上面図である。 実施例２の溝構造２２にノズルＮＺから滴下された水滴の変化をカメラで観察した観察像を示す図である。 実施例２において、水滴滴下後の経過時間ＬＴに対する水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角の測定結果を示すグラフである。 実施例３（Ex.3）の溝構造２２を模式的に示す上面図である。 実施例３の溝構造２２にノズルＮＺから滴下された水滴の変化をカメラで観察した観察像を示す図である。 実施例３において、水滴滴下後の経過時間ＬＴに対する水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角の測定結果を示すグラフである。 実施例４（Ex.4）の溝構造３２を模式的に示す上面図である。 第３の実施形態による溝要素ＧＥ３の接続形態を模式的に示す上面図である。 溝要素ＧＥ３を用いて分岐及び結合された２つの溝ＧＲ１，ＧＲ２を模式的に示す上面図である。

以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［毛細管現象による微細溝内の液滴移動］
毛細管現象が発生した溝内で液滴は、以下の式により移動の可否が決定される。

なお、上記したYoungの式及び拡張したYoungの式において、θは平衡接触角（equilibrium contact angle）である。また、外周長Ｓは、溝の当該断面における溝の外周の全長又は弧長（arc length）である。
［第１の実施形態］
上記したように、溝内の流体の移動のしやすさについては、溝形状によらず、基材表面における溝幅Ｗおよび溝の軸に垂直な断面における溝の外周長Ｓが関係していることがわかっている。

本出願の発明者らは、溝の軸方向でこの移動のしやすさに変化を設けることで移動方向の特定が可能と想定し検討を行った。
（１）構造
図２は、本発明の第１の実施形態による溝要素ＧＥの第１溝領域Ｒ１、第２溝領域Ｒ２及び円錐溝領域ＣＲを模式的に示す斜視図である。なお、理解の容易さのため、第１溝領域Ｒ１、第２溝領域Ｒ２及び円錐溝領域ＣＲを分離して図示している。

図３Ａは、基材１１の表面に設けられた溝ＧＲの溝要素ＧＥを、基材１１に対して垂直な方向から見た（上面視）ときの上面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す溝要素ＧＥを－ｙ方向から見たときの溝側面を模式的に示す図である。また、図３Ｃは、溝要素ＧＥを－ｘ方向から見たときの溝断面を模式的に示す図である。

溝要素ＧＥの第１溝領域Ｒ１は、四角形形状の溝壁面Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌを有し、第２溝領域Ｒ２は、四角形形状の溝壁面Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌを有している。また、第１溝領域Ｒ１及び第２溝領域Ｒ２は、図３Ｃのように断面がＶ字形状の溝領域として形成されている。

溝要素ＧＥは円錐ＣＧの一部である円錐溝領域ＣＲを有している。なお、円錐ＣＧは、基材１１の表面と同一面上に底面を有している。溝要素ＧＥの第１溝領域Ｒ１の溝壁面Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌ及び第２溝領域Ｒ２の溝壁面Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌは、円錐溝領域ＣＲの両側から円錐溝領域ＣＲに外接している。

溝要素ＧＥは、溝要素ＧＥの一方の端部である第１端部ＧＴ１及び他方の端部である第２端部ＧＴ２を有している。溝要素ＧＥの第１端部ＧＴ１において、第１溝領域Ｒ１の溝壁面Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌは、円錐溝領域ＣＲ（円錐ＣＧ）に相似形状で円錐溝領域ＣＲよりも小なる大きさの円錐面ＣＮ１に両側から外接している。なお、円錐面ＣＮ１は、基材１１の表面と同一面上に底面を有している。

また、溝要素ＧＥの第２端部ＧＴ２において、第２溝領域Ｒ２の溝壁面Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌは、第１端部ＧＴ１における円錐面ＣＮ１と同一形状の円錐面ＣＮ２に両側から外接している。

なお、１の溝要素ＧＥの第１端部ＧＴ１を他の溝要素ＧＥの第２端部ＧＴ２に順次接続し、一列に連結してなる溝ＧＲが形成される。従って、以下においては、特に区別する必要がないときには、円錐面ＣＮ１及び円錐面ＣＮ２を単に円錐面ＣＮと、溝要素ＧＥの第１端部ＧＴ１及び第２端部ＧＴ２を溝要素ＧＥの端部ＧＴと称する場合がある。

なお、第１の実施形態においては、円錐溝領域ＣＲの底面の中心Ｏ１から第１端部ＧＴ１の円錐面ＣＮ１の底面の中心Ｏ２に向かう方向（第１方向）ＡＸ１と、第２端部ＧＴ２の円錐面ＣＮ２の底面の中心Ｏ２から円錐溝領域ＣＲの底面の中心Ｏ１に向かう方向（第２方向）ＡＸ２とは同一方向ＡＸである。

第１溝領域Ｒ１及び第２溝領域Ｒ２は、円錐溝領域ＣＲとの接続部において円錐溝領域ＣＲと同一の深さＤ１を有し、かつ第１端部ＧＴ１及び第２端部ＧＴ２において円錐面ＣＮと同一の深さＤ２を有している。なお、円錐溝領域ＣＲ及び円錐面ＣＮは、直円錐形状を有していることが好ましい。
（２）液滴移動の要件
本願の発明者は、検討及び実験の結果、上記した溝構造を有し、溝要素ＧＥの第１溝領域Ｒ１及び第２溝領域Ｒ２が所定の形状及び条件を満たすとき、液滴が微細溝内を所定方向に移動することを見出した。この溝要素ＧＥの形状及び条件について、以下に詳細に説明する。

溝内の流体の移動のしやすさについては、上記したように、溝形状によらず、溝幅Ｗ及び溝の軸に垂直な断面における溝の外周長Ｓが関係する。すなわち、第１溝領域Ｒ１及び第２溝領域Ｒ２が所定の関係を満たすとき、毛細管現象による駆動力ＤＦによって第１溝領域Ｒ１から第２溝領域Ｒ２へ液滴を移動させることができる。

この液滴移動の条件について以下に具体的に説明する。上記したように、円錐溝領域ＣＲの底面の中心Ｏ１から第１端部ＧＴ１の円錐面ＣＮ１の底面の中心Ｏ２に向かう方向を第１方向ＡＸ１、第２端部ＧＴ２の円錐面ＣＮ２の底面の中心Ｏ２から円錐溝領域ＣＲの底面の中心Ｏ１に向かう方向を第２方向ＡＸ２とする。

また、第１溝領域Ｒ１の第１方向（ＡＸ１）における長さ及び第２溝領域Ｒ２の第２方向（ＡＸ２）における長さをそれぞれＬ１，Ｌ２とし、基材１１の表面における、円錐溝領域ＣＲの底面の直径及び円錐面ＣＮの底面の直径をそれぞれＷ１、Ｗ２とし、円錐溝領域ＣＲ及び円錐面ＣＮの深さをそれぞれＤ１，Ｄ２としたとき、溝要素ＧＥは、以下の式
Ｌ１＜Ｌ２ ・・・式（１）
Ｗ１＞Ｗ２ ・・・式（２）
Ｄ１＞Ｄ２ ・・・式（３）
（Ｄ２／Ｗ２）＞（Ｄ１／Ｗ１） ・・・式（４）
を満たす。

なお、ここで、第１溝領域Ｒ１の長さＬ１は、円錐溝領域ＣＲの底面の中心Ｏ１から円錐面ＣＮ１の底面の中心Ｏ２までの距離であり、第２溝領域Ｒ２の長さＬ２は、円錐面ＣＮ１の底面の中心Ｏ２から円錐溝領域ＣＲの底面の中心Ｏ１までの距離である。

また、Ｌ１、Ｌ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｄ１、Ｄ２の数値範囲は、
３０μｍ＜Ｗ２＜Ｗ１≦１００μｍ、
３０μｍ＜Ｌ１＜Ｌ２≦２００μｍ、及び
６０μｍ＜Ｄ２＜Ｄ１≦２００μｍ ・・・式（５）
を満たす範囲であることが好ましい。

本明細書の各実施形態及び各実施例では、Ｌ１＝４０μｍ、Ｌ２＝１６０μｍ、Ｗ１＝４０μｍ、Ｗ２＝８０μｍ、Ｄ１＝８０μｍ、Ｄ２＝１３０μｍであるものを用いた。

Ｌ１、Ｌ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｄ１、Ｄ２の数値範囲は、好適な範囲として、式（５）の数値範囲を述べたが、それに限らず各パラメータの数値範囲は液滴移動を満たす条件を満たす数値であればよい。

図４Ａは、本発明の第１の実施形態による成形構造体１０の上面を模式的に示す上面図であり、図４Ｂは、成形構造体１０の表面に形成された溝ＧＲの一部を拡大して示す部分拡大図である。

図４Ａに示すように、成形構造体１０の基材１１の表面１１Ｓには、所定の方向（ｘ方向）に延在する互いに平行な複数の微細な溝ＧＲが形成され、一群の溝構造１２が構成されている。当該複数の溝ＧＲはｙ方向に配列され、ｚ方向（深さ方向）に掘られた溝である。

複数の溝ＧＲはｙ方向（配列方向）に一定の間隔で配列されていても、あるいは異なる間隔で配列されていてもよい。

図４Ｂに示すように、溝ＧＲの各々は、隣接する２つの溝要素が所定方向に繰り返し連結又は接続された構造を有する。第１の実施形態の同一構造の溝要素ＧＥ１（なお、以下において、特に区別しない場合には単に溝要素ＧＥと称する。）が所定方向（ｘ方向）に連結されている。すなわち、溝要素ＧＥ１(1)及びＧＥ１(2)を、同一の軸方向ＡＸに沿って繰り返し直線状に連結することによって溝要素ＧＥが直線状に一列に連結された溝ＧＲを構成することができる。

上記式（１）～（４）を満たすとき、毛細管現象による駆動力ＤＦが発揮されて、溝ＧＲ内の液滴は溝要素ＧＥ１(1)の第１溝領域Ｒ１から隣接する溝要素ＧＥ１(2)の第２溝領域Ｒ２へ液滴を移動させることができる。つまり、図４Ａにおいて、成型構造体１０に付着した液滴は毛細管力で右方向（＋ｘ方向）に移動することによって排出される。
［第２の実施形態］
図５Ａは、本発明の第２の実施形態による溝要素ＧＥ２の第１溝領域Ｒ１、第２溝領域Ｒ２及び円錐溝領域ＣＲを、基材１１に対して垂直な方向から見た（上面視）ときの模式的な上面図である。

第２の実施形態の溝要素ＧＥ２において、第１溝領域Ｒ１の延在方向又は軸方向（第１の方向）ＡＸ１は、第２溝領域Ｒ２の軸方向（第１の方向）ＡＸ２に対して所定の角度θ（０＜θ）だけ傾けられている。

図５Ｂは、第２の実施形態の溝要素ＧＥ２と、第１の実施形態の溝要素ＧＥ１とが接続された接続形態を示す上面図である。

溝要素ＧＥ２の第１溝領域Ｒ１の溝壁面Ｓ１Ｒ、Ｓ１Ｌ及び溝要素ＧＥ１の第２溝領域Ｒ２の溝壁面Ｓ２Ｒ、Ｓ２Ｌが外接する円錐面ＣＮを共通の外接円錐面として、溝要素ＧＥ２は、溝要素ＧＥ１の第２溝領域Ｒ２に接続されている。

図５Ａに示す第２の実施形態の溝要素ＧＥ２及び溝要素ＧＥ１を用いることによって、任意の位置、すなわち円錐溝領域ＣＲの円錐ＣＧの中心Ｏ１で折れ曲がった溝ＧＲを構成することができる。当該構成により、基材１１の表面１１Ｓに付着した液滴は、駆動力ＤＦの発揮により誘導され、溝要素ＧＥ２の第１溝領域Ｒ１から隣接する溝要素ＧＥ１の第２溝領域Ｒ２に移動する。

図５Ｃは、２つの第１の実施形態の溝要素ＧＥ１が接続された接続形態を示す上面図である。

溝要素ＧＥ１の第１溝領域Ｒ１の溝壁面Ｓ１Ｒ、Ｓ１Ｌ及び溝要素ＧＥ１の第２溝領域Ｒ２の溝壁面Ｓ２Ｒ、Ｓ２Ｌが外接する円錐面ＣＮを共通の外接円錐面として、溝要素ＧＥ２は、溝要素ＧＥ１の第２溝領域Ｒ２と接続されている。

２つの溝要素ＧＥ１を用いることによって、円錐面ＣＮの中心Ｏ２で折れ曲がった溝ＧＲを構成することができる。当該構成により、基材１１の表面１１Ｓに付着した液滴は、駆動力ＤＦの発揮により誘導され、溝要素ＧＥ１の第１溝領域Ｒ１から隣接する溝要素ＧＥ１の第２溝領域Ｒ２に移動する。

図６Ａ及び図６Ｂを参照して、実施例１（Ex.1）について詳細に説明する。実施例１を構成するサンプルは、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）からなる基板にレーザ加工により溝を形成して作成した。

また、実施例１を構成するサンプルでの水滴の観察は、接触角計（協和界面科学製ＰＣＡ－１１）を用い、いずれも接触角計のノズルＮＺから２μｌの水滴を滴下して行った。

図６Ａは、実施例１（Ex.1）の溝構造２２を模式的に示す上面図である。実施例１（Ex.1）の溝ＧＲは、第１の実施形態の複数の溝要素ＧＥ１が所定の方向（ｘ方向）に直線状に連結された溝部分（直線溝部ＧＬ）と、少なくとも１つの溝要素ＧＥ１からなる直線状の溝部分とが角度θで接続されて屈曲溝部ＧＢを有するように構成されている。なお、液滴の誘導方向ＭＶを図中、矢印で示している。

なお、直線溝部ＧＬと屈曲溝部ＧＢとの接続部分（屈曲接続部）ＢＣは、図５Ｂに示したように、第２の実施形態の溝要素ＧＥ２及び第１の実施形態の溝要素ＧＥ１による接続形態を有している。しかしながら、屈曲接続部ＢＣは、２つの溝要素ＧＥ１で構成されていてもよく、あるいは２つの溝要素ＧＥ２で構成され、屈曲溝部ＧＢが形成されていてもよい。

溝ＧＲは、ｘ方向に延在する直線溝部ＧＬと少なくとも１つの屈曲溝部ＧＢとを有している。実施例１（Ex.1）の場合では、溝ＧＲは、３つの屈曲接続部ＢＣによって形成された１つの屈曲溝部ＧＢを有している。

屈曲溝部ＧＢは、基材１１の表面１１Ｓに垂直な方向から見た場合（上面視）において、Ｖ字形状を有している。例えば、屈曲角θは３０°であるが、これに限定されない。また、屈曲溝部ＧＢは、ｙ方向に対して対称であるように設けられることが好ましいが、非対称なＶ字形状を有していてもよい。

基材１１の表面１１Ｓにおいて、複数の溝ＧＲが当該所定方向に垂直な方向（ｙ方向）に配され、一群の溝構造２２が構成されている。また、一群の溝構造２２上に滴下された液滴ＡＱが模式的に示されている。

図６Ｂは、実施例１（Ex.1）の溝構造２２にノズルＮＺから２μlの水滴を滴下し、滴下された水滴の変化を溝ＧＲの伸長方向（ｘ方向）及びこれに垂直な方向（ｙ方向）から接触角計のカメラで観察した観察像を示している。なお、水滴の滴下後の経過時間ＬＴが１msec（ミリ秒）、１０msec、２０msec、３０msecの像を順次並べて示している。

図６Ｂに示すように、滴下直後（経過時間ＬＴ＝１msec）の位置から、時間の経過とともに水滴ＡＱの＋ｘ側の水滴端部ＡＱ１が溝方向（＋ｘ方向）に向かって移動しており、－ｘ側の水滴端部ＡＱ２には殆ど移動が観察されなかった。一方、ｙ方向においては、水滴端部ＡＱ３及びＡＱ４には大きな移動は観察されなかった。

図６Ｃは、実施例１（Ex.1）において、水滴滴下後の経過時間ＬＴに対する水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角φの測定結果を示すグラフである。なお、複数回の測定結果を示している。

水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角φは時間の経過とともに低減した。特に、移動方向（＋ｘ方向）側の端部である水滴ＡＱ１の接触角が時間の経過とともに大きく低減されることが確認された。

従って、溝構造２２によって水滴ＡＱが特定の方向（溝ＧＲの延在方向）に誘導されて移動することが確認された。

図７Ａは、実施例２（Ex.2）の溝構造２２を模式的に示す上面図である。実施例２（Ex.2）の溝ＧＲは、複数の溝要素ＧＥ１が液滴の移動方向（ｘ方向）に直線状に一列に連結された複数の直線溝部ＧＬと、少なくとも１つの溝要素ＧＥ１からなる複数の直線状の屈曲溝部ＧＢとが屈曲角θで交互に接続されて構成されている。

直線溝部ＧＬと屈曲溝部ＧＢとの接続部分は、図５Ｂに示した接続形態を有している。直線溝部ＧＬと屈曲溝部ＧＢとの屈曲角θは４５°であるが、これに限定されない。また、屈曲溝部ＧＢは、ｙ方向に対して対称であるように設けられることが好ましいが、非対称なＵ字形状を有していてもよい。

図７Ｂは、実施例２（Ex.2）の溝構造２２にノズルＮＺから２μlの水滴を滴下し、滴下された水滴の変化をカメラで観察した観察像を示している。

滴下直後（経過時間ＬＴ＝１msec）の位置から、時間の経過とともに水滴ＡＱの＋ｘ側の水滴端部ＡＱ１が溝方向（＋ｘ方向）に向かって移動しており－ｘ側の水滴端部ＡＱ２には殆ど移動が観察されなかった。

一方、ｙ方向においては、－ｙ側の水滴端部ＡＱ４には大きな移動は観察されなかったが、＋ｙ側の水滴端部ＡＱ３が＋ｙ方向に移動することが確認された。

図７Ｃは、実施例２（Ex.2）において、水滴滴下後の経過時間ＬＴに対する水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角φの複数回の測定結果を示すグラフである。

水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角φは時間の経過とともに低減した。特に、移動方向（＋ｘ方向）側の端部である水滴ＡＱ１の接触角が時間の経過とともに大きく低減されることが確認された。

従って、溝構造２２によって水滴ＡＱが特定の方向（溝ＧＲの延在方向）に誘導されて移動することが確認された。

図８Ａは、実施例３（Ex.3）の溝構造２２を模式的に示す上面図である。実施例３（Ex.3）の溝ＧＲは、液滴の移動方向（ｘ方向）に対して屈曲した屈曲溝部ＧＢ１及びＧＢ２が溝ＧＲの延在方向（ｘ方向）に対して角度θで交互に接続されて形成されている。

より詳細には、屈曲溝部ＧＢ１及びＧＢ２は、複数の溝要素ＧＥ１が直線状に連結されて形成されている。屈曲溝部ＧＢ１及びＧＢ２の屈曲接続部ＢＣは、図５Ｂに示した接続形態を有しているが、これに限定されない。図５Ｃに示した接続形態で接続されていてもよい。角度θは４５°であるが、これに限定されない。また、ｙ方向に対して対称な形態であることが好ましいが、非対称な形態を有していてもよい。

図８Ｂは、実施例３（Ex.3）の溝構造２２にノズルＮＺから２μlの水滴を滴下し、滴下された水滴の変化をカメラで観察した観察像を示している。

滴下直後（経過時間ＬＴ＝１msec）の位置から、時間の経過とともに水滴ＡＱの＋ｘ側の水滴端部ＡＱ１が溝方向（＋ｘ方向）に向かって移動しており、また、－ｘ側の水滴端部ＡＱ２には殆ど移動が観察されなかった。

一方、ｙ方向においては、水滴ＡＱの＋ｙ側の水滴端部ＡＱ３が溝方向（＋ｙ方向）に向かって移動しており、また、－ｙ側の水滴端部ＡＱ４には殆ど移動が観察されなかった。

図８Ｃは、実施例３（Ex.3）の水滴滴下後の経過時間ＬＴに対する水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角φの複数回の測定結果を示すグラフである。

水滴端部ＡＱ１及びＡＱ３の接触角φは時間の経過とともに大きく低減されることが確認された。

従って、溝構造２２によって水滴ＡＱが特定の方向（溝ＧＲの延在方向：ｘ方向）及び溝ＧＲの延在方向に垂直な方向（ｙ方向）に誘導されて移動することが確認された。

図９は、実施例４（Ex.4）の溝構造３２を模式的に示す上面図である。溝構造３２はヒートパイプ等のパイプ３１の内壁３１Ｓの表面に形成されている。パイプ３１は屈曲した構造を有している。

溝構造３２は、複数の溝要素ＧＥがパイプ３１の曲がりに沿って曲線状に形成された屈曲溝部ＧＢと、パイプ３１の直線部に沿って形成された直線溝部ＧＬとを有している。すなわち、溝構造３２は、パイプの伸長方向に沿って延在して形成されている。

より詳細には、屈曲溝部ＧＢにおいて、複数の溝要素ＧＥ２が接続されることによって溝ＧＲが曲線状に形成されている。この場合パイプ３１の内壁３１Ｓに付着した液滴は、駆動力ＤＦの発揮により、溝要素ＧＥ２の第１溝領域Ｒ１から隣接する溝要素ＧＥ２の第２溝領域Ｒ２に移動する。

なお、溝ＧＲは、複数の溝要素ＧＥ１、又は、溝要素ＧＥ１及び溝要素ＧＥ２を接続して構成されていても良い。

本実施形態によれば、基材の形状に応じて溝ＧＲを形成することができ、液滴を任意の方向に移動させることができ、また効率的に液滴を移動させることができる。
［第３の実施形態］
図１０Ａは、本発明の第３の実施形態による溝要素ＧＥ３の接続形態を示す図であり、基材１１に対して垂直な方向から見た（上面視）ときの模式的な上面図である。

第３の実施形態の溝要素ＧＥ３は、２つ以上の第１溝領域Ｒ１を有している。そして、溝要素ＧＥ３の２つの第１溝領域Ｒ１と、２つの第１の実施形態の溝要素ＧＥ１(1)及びＧＥ１(2)とが接続され、分岐接続ＧＪが構成されている。

より具体的には、溝要素ＧＥ３の１つの第１溝領域Ｒ１の溝壁面Ｓ１Ｒ、Ｓ１Ｌ及び溝要素ＧＥ１(1)の第２溝領域Ｒ２の溝壁面Ｓ２Ｒ、Ｓ２Ｌが外接する第１の円錐面ＣＮ(1)を共通の外接円錐面として、溝要素ＧＥ３は溝要素ＧＥ１(1)の第２溝領域Ｒ２と接続されている。さらに、溝要素ＧＥ３の他の第１溝領域Ｒ１の溝壁面Ｓ１Ｒ、Ｓ１Ｌ及び溝要素ＧＥ１(2)の第２溝領域Ｒ２の溝壁面Ｓ２Ｒ、Ｓ２Ｌが外接する第２の円錐面ＣＮ(2)を共通の外接円錐面として、溝要素ＧＥ３は、溝要素ＧＥ１(2)の第２溝領域Ｒ２と接続されている。

溝要素ＧＥ３と溝要素ＧＥ１(1)とは、溝要素ＧＥ３の軸方向（ｘ方向）ＡＸに対して角度＋θ１（０＜θ１）だけ屈曲し、溝要素ＧＥ３と溝要素ＧＥ１(2)とは、溝要素ＧＥ２の軸方向ＡＸに対して角度－θ２（０＜θ２）だけ屈曲するように接続されている。

従って、溝要素ＧＥ３から分岐された２つの溝要素ＧＥ１(1)及びＧＥ１(2)が形成され、分岐接続構造を形成することができる。第３の実施形態に係る構造は、図１０Ａのような溝構造の分岐接続構造を繰り返し形成することによって、上記各実施例のような直線構造のみを並列して形成した場合よりも、溝要素の存在割合を増加させることができ、さらに高い液滴排出効果を有する。例えば、図１０Ａのように各溝要素を組み合わせて、格子形状の溝形状を有する成形構造体を形成することができる。

図１０Ｂは、溝要素ＧＥ３を用いて分岐及び結合された２つの溝ＧＲ１，ＧＲ２を模式的に示す上面図である。

より詳細には、溝ＧＲは、溝要素ＧＥ３によって２つの溝ＧＲ１及びＧＲ２に分岐されている（分岐部ＧＪ１）。２つの溝ＧＲ１及びＧＲ２は、分岐部ＧＪ２において１つの溝ＧＲに結合されている。

かかる分岐接続ＧＪを用いることによって、液滴を任意の方向に効率的に移動させることができる溝構造及び成形構造体を提供することができる。

上記において説明した実施形態及び実施例を適宜改変し、又は組み合わせて種々の溝構造を実現することが可能である。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、高い液滴排出効果を有し、防曇効果に優れた光学部品などの成形構造体を提供することができる。また、液滴を任意の方向に効率的に移動させることができる溝構造を有する成形構造体を提供することができる。

１０：成形構造体
１１：基材
１１Ｓ：基材表面
１２，２２，３２：溝構造
３１：パイプ
３１Ｓ：パイプの内壁
ＡＱ：水滴
ＣＧ：円錐
ＣＮ，ＣＮ１，ＣＮ２：円錐面
ＣＲ：円錐溝領域
ＧＢ：屈曲溝部
ＧＥ１，ＧＥ２，ＧＥ３：溝要素
ＧＬ：直線溝部
ＧＲ，ＧＲ１，ＧＲ２：溝
Ｒ１：第１溝領域
Ｒ２：第２溝領域

Claims (9)

1. 基材と、
   前記基材の表面に、各々が第１端部及び第２端部を有する複数の溝要素を、１の溝要素の前記第１端部を他の溝要素の前記第２端部に順次接続し、一列に連結してなる少なくとも１つの溝と、を有し、
   前記溝要素は、溝壁面が四角形形状で断面がＶ字形状を有する第１溝領域、溝壁面が円錐形状を有する円錐溝領域及び溝壁面が四角形形状で断面がＶ字形状を有する第２溝領域からなり、
   前記第１溝領域は、一端が前記第１端部であって溝壁面が前記円錐溝領域に相似形状で小なる大きさの円錐面に両側から外接し、他端において溝壁面が前記円錐溝領域に両側から外接し、
   前記第２溝領域は、一端が前記第２端部であって溝壁面が前記円錐面に両側から外接し、他端において溝壁面が前記円錐溝領域に両側から外接し、
   前記第１溝領域及び前記第２溝領域は、前記円錐溝領域との接続部において前記円錐溝領域と同一の深さを有し、かつ前記第１端部及び前記第２端部において前記円錐面と同一の深さを有し、
   前記円錐溝領域の底面の中心から前記第１端部の前記円錐面の底面の中心に向かう方向を第１方向、前記第２端部の前記円錐面の底面の中心から前記円錐溝領域の底面の中心に向かう方向を第２方向とし、
   前記第１溝領域の前記第１方向における長さ及び前記第２溝領域の前記第２方向における長さをそれぞれＬ１，Ｌ２とし、
   前記基材表面における、前記円錐溝領域の底面の直径及び前記円錐面の底面の直径をそれぞれＷ１、Ｗ２とし、
   前記円錐溝領域及び前記円錐面の深さをそれぞれＤ１，Ｄ２としたとき、前記溝要素は、
   Ｌ１＜Ｌ２ ・・・式（１）
   Ｗ１＞Ｗ２ ・・・式（２）
   Ｄ１＞Ｄ２ ・・・式（３）
   （Ｄ２／Ｗ２）＞（Ｄ１／Ｗ１） ・・・式（４）
   を満たす、成形構造体。
2. 前記少なくとも１つの溝を構成する前記複数の溝要素の各々において、前記第１溝領域の延在方向と前記第２溝領域の延在方向とが同一方向である、請求項１に記載の成形構造体。
3. 前記少なくとも１つの溝は、前記溝の溝要素のうち少なくとも１つが、前記第１溝領域の延在方向が前記第２溝領域の延在方向に対して屈曲角θで屈曲した屈曲接続部を有する、請求項１に記載の成形構造体。
4. 前記少なくとも１つの溝は、前記溝を構成する１の溝要素の前記第１溝領域と、前記１の溝要素に接続された他の溝要素の前記第２溝領域とが互いに屈曲角θで屈曲した屈曲接続部を有する、請求項１に記載の成形構造体。
5. 前記少なくとも１つの溝は、前記溝の前記溝要素のうち少なくとも１つが２つ以上の前記第１溝領域を有し、前記２つ以上の前記第１溝領域は、それぞれ他の前記溝要素に接続されて分岐・結合構造を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成形構造体。
6. 前記基材の表面に互いに平行に配された複数の前記溝からなる溝構造を有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の成形構造体。
7. 前記基材の表面に互いに平行に配された複数の前記溝からなる溝構造を有し、
   前記溝は、複数の前記屈曲接続部を有する、請求項３又は４に記載の成形構造体。
8. 前記基材はパイプであり、前記基材の表面は前記パイプの内壁表面である、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の成形構造体。
9. 前記少なくとも１つの溝は、前記パイプの伸長方向に沿って延在している、請求項８に記載の成形構造体。

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