JP4681232B2 - 微細構造化表面を有する固体 - Google Patents
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Description
本発明は、横断面で台形またはくさび形の形の稜線の優先方向に配向された列を有する微細構造化表面を少なくとも部分的に有する、プラスチック、ガラス、セラミックまたは金属からなる固体に関する。さらに、本発明は固体の製造法および可能な使用に関する。
微細構造化表面を有する、技術的な方法により製造された固体は自体公知であり、自然物、とりわけサメの皮から公知である摩擦低下の物理的原理に従う。従って上記固体はそのまま”シャークスキン”とも呼称されることもある。適当な構造化を行った場合、気体または液体が乱流でオーバーフローする際に摩擦抵抗または流動抵抗の低下が観察される。
DE3609541A1に記載された表面は、リブ要素の交互の配置に基づき、この表面は製造が困難であるかまたは極めてコストをかけてのみ製造可能であり、同時に、その摩擦低下作用はわずかであるに過ぎないという欠点を有する。
稜線は高さ(H)の点で0mm〜2mmの範囲内にある極小および極大を有し、かつ
この極小および極大は0.005〜20mmの範囲内の波長で周期的に重なり合って連続しており、かつ
隣接する稜線の列の間隔は相互に0.002mm〜5mmであり、その際、列間の谷部は平面状、アーチ状、または先細状に延びていてよく、かつ
横断面で台形またはくさび形の形の稜線は15〜75°の範囲内のくさび角(α)を有する
ことにより特徴付けられる、横断面で台形またはくさび形の形の稜線の優先方向に配向された列を有する微細構造化表面を少なくとも部分的に有する、プラスチック、ガラス、セラミックまたは金属からなる固体により解決される。
本発明は以下の図により詳説されるが、これに制限されるものではない。
稜線の高所部において、約60°の一定のくさび角(α)を有するくさび形の形の微細構造物と先細谷部との正弦状に変動する平行の列を有する、押出成形されたプラスチックシートからなる一部分の上方からの概略図である。微細構造物は横断面−ベース−幅で周期的に変動する。横断平面A−A、B−BおよびC−Cの間隔は、互いに、それぞれ波長の半分である。隣接する列の極小の経過曲線および極大の経過曲線は、波長の半分だけずれている。矢印は押出方向を示す。
図1aの横断平面A−A、B−BおよびC−C。横断面A−A、B−BおよびC−Cは、平行の列中に延びている稜線の高さ(H)の交互の極小および極大、先細谷部および変動する横断面−ベース−幅を示す。
横断面で、記載された高さ(H)、横断面−ベース−幅(B)およびくさび角(α)を有する、対称的な台形異形成形体(左)および対称的なくさび形異形成形体(右)を有する稜線。
本発明は、
横断面で台形またはくさび形の形の稜線の優先方向に配向された列を有する微細構造化表面を少なくとも部分的に有する、プラスチック、ガラス、セラミックまたは金属からなる固体
に関する。
プラスチック、殊に熱硬化性樹脂および殊に有利に熱可塑性樹脂が有利である。熱可塑性樹脂の場合、非晶質プラスチックが有利である。
ポリメチルメタクリレート−プラスチック、耐衝撃性の改良されたポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート−プラスチック、ポリスチレン−プラスチック、スチレン−アクリロニトリル−プラスチック、ポリエチレンテレフタレート−プラスチック、グリコール変性されたポリエチレンテレフタレート−プラスチック、ポリ塩化ビニル−プラスチック、透明ポリオレフィン−プラスチック、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)−プラスチックまたは種々の熱可塑性プラスチックの混合物(ブレンド)
である。
ポリメタクリレート−プラスチックおよび/または耐衝撃性の改良されたポリメタクリレート−プラスチック、ポリビニリデン−プラスチックおよび/またはポリメタクリレート−プラスチックとポリフッ化ビニリデン−プラスチックとからの混合物(ブレンド)、および/またはポリカーボネート−プラスチックからの混合物(ブレンド)は有利である。
稜線は高さ(H)の点で、0mm〜2mm未満の範囲にある極小を有する。有利に、この極小は0.001〜1mmの範囲内、殊に0.01〜0.1mmの範囲内にある。
固体または相応する成形体の製造は、1次成形法、再成形法、砥粒加工または溶着技術、例えばエンボス法、切削加工、鋳造、射出成形、高エネルギー照射(例えばレーザー照射)、フォトエッチング技術等での微細構造の形成により可能である。
本発明による固体は、航空機、船舶または地上用車両の表面上の空気または水の流れの摩擦の低下のための摩擦低下表面を有する構造要素として、または導管または容器中で迅速に流れる流体における流体の流れの摩擦低下のための導管および容器として、保護する価値のある表面上の汚染物の付着低減のために、抗菌性表面として、光屈折表面として、および/または拡散性光散乱表面として、反射防止表面として使用されてよい。
本発明は、本発明により構造化された表面上における、流動する流体または気体、殊に空気の摩擦のさらなる低下を必要とする記載された幾何学的寸法を、チャネル構造物または稜線の有利に正弦状の高所部の経過曲線および/または正弦状の側面の経過曲線によって改善することである。これにより局所的な微小渦が生じ、この微小渦は十分に一定のままであり、かつ通過して流れる流体に対して改善された境界層を形成し、この境界層において、摩擦を誘導する剪断応力がより良好に低減され得り、それにより表面上への流体または気体の抑制(bremsend)摩擦作用が低下される。
B 横断面−ベース−幅
H 稜線の高さ
Claims (9)
- 横断面で台形またはくさび形の形の稜線の互いに平行に延びる列を有する微細構造化表面を少なくとも部分的に有する、プラスチック、ガラス、セラミックまたは金属からなる固体において、
稜線は高さ(H)の点で極小および極大を有し、その際、極小は0.001〜1mmの範囲内にあり、かつ極大は2mmまでであってかつ極小よりも少なくとも0.001mm大きく、かつ
この極小および極大は稜線の列の延在方向で0.005〜20mmの範囲内の波長で周期的に連続しており、かつ
隣接する稜線の列の間隔は相互に0.002mm〜5mmであり、その際、列間の谷部は平面状または先端が尖っていてよく、かつ
横断面で台形またはくさび形の形の稜線は20〜60°の範囲内のくさび角(α)を有する
ことを特徴とする固体。 - 稜線が、稜線の列の延在方向で、正弦状の高所部の経過曲線を有している、請求項1記載の固体。
- 稜線が付加的に稜線の列の延在方向で稜線の下辺幅で周期的に変動している、請求項1または2記載の固体。
- 稜線のくさび角(α)が列に対して一定である、請求項1から3までのいずれか1項記載の固体。
- 稜線の幅が、0.005〜20mmの横変動の波長で、稜線の列の延在方向で横に変動する経過曲線を有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の固体。
- 隣接する列の稜線の高所部の稜線の列の延在方向での周期的な変動が交互に互いにずれている、請求項1から5までのいずれか1項記載の固体。
- 隣接する列の稜線の高所部の稜線の列の延在方向での周期的な変動がそれぞれ前記変動の波長の半分だけ互いにずれている、請求項6記載の固体。
- 請求項1から7までのいずれか1項記載の固体の製造法において、公知の方法で、1次成形法、再成形法、砥粒加工または溶着法、殊にエンボス法、切削加工、鋳造、射出成形、高エネルギー照射および/またはフォトエッチング技術により微細構造を形成することを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の固体の製造法。
- 航空機、船舶または地上用車両の表面上の空気または水の流れの摩擦の低下のための摩擦低下表面を有する構造要素としての、または導管または容器中で迅速に流れる流体における流体の流れの摩擦低下のための導管および容器としての、保護する価値のある表面上の汚染物の付着低減のための、抗菌性表面としての、光屈折表面としての、および/または拡散性光散乱表面としての、反射防止表面としての、請求項1から7までのいずれか1項記載の固体の使用方法。
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