JP5021076B2 - 疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、疎水性内部表面を有する構造物の製造方法に関し、より詳しくは、表面処理作業および陰極複製作業を実施して、如何なる３次元形状構造物の内部表面にも疎水特性が付与されるように形成する３次元形状構造物の製造方法に関するものである。

一般に、金属やポリマーなどの固体基材の表面は、固有の表面エネルギーを有している。これは、任意の液体が固体基材に接触する時に液体および固体間の接触角として現われる。ここで、液体は、水または油などの種類を通称するが、以下では、液体の中でも最も代表的な水について言及して説明する。接触角の大きさが９０°より小さい場合には、球状の水滴が固体表面でその形態を失って表面を濡らす親水（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙ）特性を示す。反面、接触角の大きさが９０°より大きい場合には、球状の水滴が固体表面で球状を維持して表面を濡らさずに外部の力によって簡単に流動する疎水（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ）特性を示す。その例として、蓮の葉上に水滴が落ちた場合に、蓮の葉を濡らさずに表面を流動する現象が疎水特性である。

固体基材の表面が有する固有の接触角は、その表面が微細凹凸を有するように加工すれば、その値を変化させることができる。つまり、接触角が９０°より小さい親水性表面は、表面加工によって親水特性がより大きくなり、接触角が９０°より大きい疎水性表面も、表面加工によって疎水特性がより大きくなる。このような固体基材の疎水性表面は、多様な応用が可能である。疎水性表面を配管構造物に適用する場合、配管内部を流動する液体の滑りがより容易になり、その流量および流速が増加する。これによって、疎水性表面は、水道管またはボイラー配管に適用する時に従来に比べて異物の蓄積が顕著に減少する。そして、疎水性表面は、非ぬれ性高分子物質が使用される場合、配管内面における腐蝕が防止されるので、水質汚染も減少する。

しかし、任意の用途のために固体表面の接触角を変化させる技術は、現在は半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）工程に依存して、固体表面にマイクロあるいはナノ単位の微細凹凸を形成する方法が大部分であった。このようなＭＥＭＳ工程は、半導体技術を機械工学的に応用した先端技術であるが、半導体工程は費用が非常に高い。つまり、ＭＥＭＳ工程は、固体表面にナノ単位の凹凸を形成しようとする場合に、金属表面の酸化、一定の温度および一定の電圧の印加、特殊な溶液における酸化およびエッチングなどの作業を実施する。このようなＭＥＭＳ工程は、一般的な作業環境で行なうことができない作業であるため、特別に製作された清浄室で作業が実施されなければならず、これに必要な専用の機械も高価な装備である。また、ＭＥＭＳ工程は、半導体工程の特性上、広い表面を一度に処理することができない点も短所として作用する。
このように疎水性表面を形成する技術は、その工程が非常に複雑で、量産が難しく、製造費用が高いため、その適用自体が容易でない。

本発明は前述のような従来の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、微細粒子噴射および陽極酸化を利用した表面処理作業、そして非ぬれ性高分子物質の複製作業によって、従来に比べて単純で相対的に安い製造費用で疎水性内部表面を有する構造物の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、如何なる３次元形状構造物の内部表面にも疎水特性が付与されるように形成する３次元形状構造物の製造方法を提供することにある。

本発明による３次元形状構造物の製造方法は、金属基材を陽極酸化加工して、前記金属基材の外面に微細ホールを形成する陽極酸化段階、前記金属基材の外面に非ぬれ性高分子物質をコーティングして、前記非ぬれ性高分子物質を前記金属基材の微細ホールに対応する複製構造物に形成する複製段階、前記複製構造物の外面を外部形成物質で囲む外部構造物形成段階、および前記金属基材をエッチングして、前記複製構造物および前記外部形成物質から前記金属基材を除去するエッチング段階を含む。

前記外部形成物質は、前記複製構造物と接する面に粘着性が付与された素材であって、前記複製構造物の屈曲した外面に付着されるように柔軟な特性を有する素材である。前記外部形成物質はアクリルフィルムである。

本発明による３次元形状構造物の製造方法は、前記陽極酸化段階以前に、微細粒子を噴射して前記金属基材の外面に微細凹凸を形成する粒子噴射段階をさらに含む。
前記粒子噴射段階において、前記金属基材は円柱形状であり、前記微細粒子は前記金属基材の円周面に噴射される。前記外部形成物質は、前記金属基材の円周面に該当する領域に付着される。

前記複製段階は、非ぬれ性高分子物質が前記金属基材の微細ホールに注入され、前記複製構造物は、前記微細ホールに対応する複数の柱を含む。
前記複製段階は、隣接する前記複数の柱が部分的にくっつくことによって複数の群落を形成する。

前記エッチング段階は、湿式エッチングによって前記金属基材をエッチングする。
前記金属基材はアルミニウム素材である。

本発明の一実施例による疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法を示したフローチャートである。 本実施例に使用される金属基材の概略図である。 図２Ａに示された金属基材の外面に微細凹凸が形成された状態を示した概略図である。 図２Ｂに示された金属基材の外面に陽極酸化層が形成された状態を示した概略図である。 図２Ｃに示された金属基材の外面に対応する陰極複製構造物が形成された状態を示した概略図である。 図２Ｄに示された陰極複製構造物の外面に外部形成物質が付着された状態を示した概略図である。 図２Ｅに示された金属基材および陽極酸化層がエッチング工程によって除去されて、陰極複製構造物および外部形成物質から形成された状態を示した概略図である。 図２Ａに示された金属基材に微細凹凸を形成する粒子噴射器を示した概略図である。 図３に示されたＡ領域を拡大したものであって、金属基材の表面に形成された微細凹凸を示した拡大図である。 図２Ｂに示された金属基材を陽極酸化させる陽極酸化装置を示した概略図である。 図５に示された金属基材を陽極酸化処理した後に、微細凹凸の表面に微細ホールが形成された状態を示した拡大図である。 図２Ｃに示された金属基材の表面に対応する陰極形状を複製する陰極複製装置を示した概略図である。 図７に示されたＢ−Ｂ線に沿って切断して示した陰極複製装置の断面図である。 本発明の比較例による内部表面加工が実施されない構造物試片の顕微鏡拡大写真である。 本発明の実施例１による陽極酸化処理された構造物試片の顕微鏡拡大写真である。 本発明の実施例２による粒子噴射表面加工および陽極酸化処理された構造物試片の顕微鏡拡大写真である。 図９ないし図１１に示された構造物試片の流動性を実験するための流動性実験装置の写真である。 図１２に示された流動性実験装置で作動流体として水を使用して実験した流動性実験結果の図表である。 図１２に示された流動性実験装置で作動流体として洗浄剤を使用して実験した流動性実験結果の図表である。 本発明の比較例による内部表面加工が実施されない配管構造物における流体速度の分布を例示的に示した断面図である。 本発明の実施例１または実施例２による疎水性内部表面を有する配管構造物における流体速度の分布を例示的に示した断面図である。 本発明の実施例によって製造されるテーパ部を有する配管構造物の断面図である。 本発明の一実施例によってチューブ状金属基材を使用したそれぞれの製造段階を示した断面図である。 本発明の一実施例によって３次元形状の製品を使用したそれぞれの製造段階を示した断面図である。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な相異する形態で実現され、ここで説明する実施例に限定されない。

図１は、本発明の一実施例による疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法を示したフローチャートである。図１に示されているように、本実施例による疎水性内部表面を有する構造物の製造方法は、微細粒子噴射段階（Ｓ１）、陽極酸化段階（Ｓ２）、陰極複製段階（Ｓ３）、外部構造物形成段階（Ｓ４）、および金属基材エッチング段階（Ｓ５）を実施することによって、従来のＭＥＭＳ工程に比べて単純で相対的に安い製造費用で疎水性内部表面を有する構造物を製造することができる。さらに、本実施例は、前述のような製造段階によって、如何なる３次元形状構造物の内部表面にも疎水特性が付与されるように構造物を製造することができる。

図２Ａないし図２Ｆは、図１に示された疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法による配管構造物の各段階別の製造工程をそれぞれ示した概略図であって、図２Ａは本実施例に使用される金属基材である。
図２Ａに示されているように、本実施例の金属基材１１０は、直径２ｍｍ、長さ７０ｍｍである円柱形状のアルミニウム試片であり、配管（ｐｉｐｅ）構造物の内面に疎水特性を付与するための用途で使用される。本実施例は、事前準備作業として過塩素酸（ｐｅｒｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄ）およびエタノール（ｅｔｈａｎｏｌ）を１:４の体積比で混合した溶液に金属基材１１０を浸漬した後、電解研磨（ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を実施して、金属基材１１０の表面を平坦化させる。

図３は、図２Ａに示された金属基材に微細凹凸を形成する粒子噴射器を示した概略図である。
図１、図２Ｂ、および図３に示されているように、本実施例は、微細粒子１１を噴射して金属基材１１０の外面に微細凹凸１１３を形成する微細粒子噴射段階を実施する（Ｓ１）。このために、本実施例では、粒子噴射器１０を使用する。粒子噴射器１０は、微細粒子１１を任意の速度および圧力で金属基材１１０の表面に衝突させる。そうすると、金属基材１１０は、微細粒子１１の衝撃エネルギーによって変形が発生して、その外面に微細凹凸１１３が形成される。特に、本実施例は、微細粒子１１を金属基材１１０の円周表面に集中させ、微細粒子１１を噴射する工程で金属基材１１０を回転させることによって、金属基材１１０の円周表面に微細凹凸１１３が均一に分布するようにする。本実施例に使用される粒子噴射器１０は、砂粒子を噴射するサンドブラスターであり、砂粒子の代わりに金属球などの微細粒子を噴射する微細粒子噴射器が使用されてもよい。このような粒子噴射器１０の作動によって、金属基材１１０の外面にはマイクロ（ｍｉｃｒｏ）単位の微細凹凸１１３が形成される。

図４は、図３に示されたＡ領域を拡大したものであって、金属基材の表面に形成された微細凹凸を示した拡大図である。
図３および図４に示されているように、金属基材１１０の微細凹凸１１３は、凹部１１１の深さ、凸部１１２の高さ、または凸部１１２の間の間隔によってその大きさを判断する。微細凹凸１１３の大きさは、粒子噴射器１０の微細粒子１１の噴射速度、噴射圧力、および微細粒子１１の大きさによって変化し、このような微細凹凸１１３の大きさに影響を与える要素の値を事前に設定して適用することによって調節することもできる。
超疎水物質を除いて、一般的な固体、つまり金属やポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）は、接触角が９０°より小さいぬれ性物質である。このような金属基材の表面を本実施例による表面加工方法によって微細凹凸１１３を有するように加工すれば、接触角はより小さくなり、ぬれ性がより強くなる現象が現われる。

図５は、図２Ｂに示された金属基材を陽極酸化させる陽極酸化装置を示した概略図である。
図１、図２Ｃ、図４および図５に示されているように、本実施例は、金属基材１１０を陽極酸化加工（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）して、金属基材１１０の外面に微細ホール（ｈｏｌｅ）を形成する陽極酸化段階を実施する（Ｓ２）。陽極酸化工程は、金属基材１１０を電解質溶液２３に浸漬した後、電極を印加して、金属基材１１０の表面に陽極酸化層１２０を形成する。これによって、陽極酸化工程は、金属基材１１０の外面に形成された微細凹凸１１３よりも微細なナノメートル単位の直径の微細ホールを形成することができる。
このために、本実施例は、図５に示された陽極酸化装置２０を使用する。陽極酸化装置２０は、本体２１の内部収容空間に一定の量の電解質溶液２３（一例として０．３Ｍのシュウ酸Ｃ_２Ｈ_２Ｏ_４または燐酸）が充填され、この電解質溶液２３に金属基材１１０が浸漬される。陽極酸化装置２０は、電源供給部２５を含むが、金属基材１１０は、電源供給部２５の陽極または陰極のうちのいずれか一方に連結され、白金素材の他の金属基材２６は、電源供給部２５の他の極性に連結される。ここで、他の金属基材２６は、電源の印加が可能な伝導体であれば、その素材は限定されない。実験条件として、金属基材１１０および他の金属基材２６は、設定された距離（一例として５０ｍｍ）に維持され、電源供給部２５は、設定された定電圧（一例として６０Ｖ）を印加するようになる。この時、電解質溶液２３は、一定の温度（一例として１５°Ｃ）下に維持されるが、溶液濃度の局部的な偏向を防止するために、攪拌機（ｓｔｉｒｒｅｒ）で攪拌する。そうすると、金属基材１１０の外面には陽極酸化層１２０としてアルミナが形成される。このように陽極酸化を実施した後には金属基材１１０を電解質溶液２３から取り出して、脱イオン水で洗浄した（一例として約１５分間）後、設定された温度（一例として６０°Ｃ）のオーブンで一定の時間（一例として約１時間）乾燥させる。
そうすると、金属基材１１０には微細粒子噴射段階（Ｓ１）によって微細凹凸１１３が形成されるだけでなく、図６に示されているように、陽極酸化段階（Ｓ２）によって微細凹凸１１３よりも微細なナノメートル単位の直径を有する微細ホール１２１が陽極酸化層１２０に形成される。

図７は、図２Ｃに示された金属基材の表面に対応する陰極形状を複製する陰極複製装置を示した概略図であり、図８は、図７に示されたＢ−Ｂ線に沿って切断して示した陰極複製装置の断面図である。
図１、図２Ｄ、図７、および図８に示されているように、本実施例は、金属基材１１０の外面に非ぬれ性高分子物質をコーティングして、非ぬれ性高分子物質が金属基材１１０の微細ホール１２１に対応する陰極複製構造物１３０に形成される陰極複製段階を実施する（Ｓ３）。本実施段階では、粒子噴射段階（Ｓ１）および陽極酸化段階（Ｓ２）によってその外部表面にマイクロ単位の微細凹凸１１３およびナノ単位の微細ホール１２１が形成された金属基材１１０を複製用型板（ｔｅｍｐｌａｔｅ）として備える。
そして、本実施段階では、図７および図８に示された陰極複製装置３０を使用する。陰極複製装置３０は、本体３１、本体３１内に一定の収容空間が形成された収容部３２、収容部３２に収容される非ぬれ性高分子溶液３３、および本体３１の側面に沿って設置されて、収容部３２の非ぬれ性高分子溶液３３が固体化されるように凝固させる冷却部３４を含む。
陰極複製装置３０は、金属基材１１０を複製用型板として非ぬれ性高分子溶液３３に浸漬して、この金属基材１１０の外面に非ぬれ性高分子物質をコーティングする。つまり、非ぬれ性高分子溶液３３は金属基材１１０の微細ホール１２１に注入され、陰極複製装置３０の冷却部３４によって金属基材１１０の周囲に非ぬれ性高分子物質が凝固される。このように、本実施例は、金属基材１１０の外面に非ぬれ性高分子物質をコーティングすることによって、非ぬれ性高分子物質が微細ホール１２１の形状に対応する陰極形状の表面を有する陰極複製構造物１３０を形成する。つまり、陰極複製構造物１３０は、微細ホール１２１に対応する陰極形状の表面であるので、柱を含み、微細ホール１２１にそれぞれ対応して複数の柱を含むようになる。
但し、非ぬれ性高分子溶液３３は、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｈｌｕｏｒｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＦＥＰ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｅｔｈｙｌｅｎｅｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｏｐｏｙｍｅｒ）、ＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ）からなる群より選択された少なくともいずれか一つの物質からなる。

次の段階として、本実施例は、図２Ｅに示されているように、陰極複製構造物１３０の外面を外部形成物質１４０で囲む外部構造物形成段階を実施する（Ｓ４）。外部形成物質１４０は、粘着性を有する素材であって、陰極複製構造物１３０の屈曲した外面に付着されるように柔軟な（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）特性を有する。特に、本実施例は、疎水性内部表面を有する配管構造物の製造方法を例示的に記載しているので、配管材料として使用するアクリルフィルムで円柱形状の金属基材１１０の円周面を囲む。本実施例に使用される外部形成物質１４０は、アクリルフィルムだけでなく、多様な他の素材が使用される。

次の段階として、本実施例は、陰極複製構造物１３０および外部形成物質１４０から陽極酸化層１２０を含む金属基材１１０を除去するために、陽極酸化層１２０を含む金属基材１１０をエッチングするエッチング段階を実施する（Ｓ５）。このようなエッチング段階は、湿式エッチングによって陽極酸化層１２０を含む金属基材１１０をエッチングするのが望ましい。これによって、本実施例は、図２Ｆに示されているように、陰極複製構造物１３０および外部形成物質１４０が残留するようになる。前述したように、陰極複製構造物１３０は、その内部表面に複数の微細な柱が形成されて、マイクロ単位およびナノ単位の構造を共に有する疎水性表面を形成する。つまり、陰極複製構造物１３０は、内部表面が蓮の葉のような断面構造に形成されることによって、ぬれ性が最小化された疎水性表面の性質を有するようになり、これによって、液体との接触角が１６０°以上と極度に大きくなる。
そして、複数の柱は、縦横比（直径に対する長さの比）が大きくなると（例えば縦横比が１００ないし１９００の範囲内）、部分的にくっつく現象が発生して複数の群落を形成して、マイクロ単位の屈曲を形成することもできる。したがって、陰極複製構造物１３０は、マイクロ単位の屈曲にナノ単位の柱が形成されることによって、超疎水性内部表面に形成される。

一方、本実施例は、金属基材の表面に微細粒子を噴射する段階（Ｓ１）を省略して、陽極酸化段階（Ｓ２）を実施することもできる。この場合には、陽極酸化によって形成される微細ホールの縦横比（例えば１００ないし１９００の範囲内）を大きく形成することによって、この微細ホールから複製されたナノ単位の柱が互いにくっつく現象によって複数の群落を形成して、マイクロ単位の屈曲を形成する。これによって、本実施例は、微細粒子噴射段階（Ｓ１）を省略しても、疎水性内部表面を有する３次元形状構造物を製造することができる。

以下、本実施例の製造方法に応じてそれぞれ製造された実施例１、実施例２、およびその比較例を、それぞれ同一な流動実験条件で実験して、内部表面の疎水特性を考察した。前記実施例１は、粒子噴射表面加工を省略して金属基材を陽極酸化処理して製造した配管構造物であり、前記実施例２は、粒子噴射表面加工および陽極酸化処理して製造した配管構造物であり、比較例は、内部表面加工が実施されない配管構造物である。

金属基材としては、直径が２ｍｍ、長さが７ｃｍであるアルミニウム試片を使用した。金属基材は、過塩素酸（ｐｅｒｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄ）およびエタノール（ｅｔｈａｎｏｌ）を１:４の体積比で混合した溶液で電解研磨が実施された。そして、粒子噴射段階では、サンドブラスターを使用して、平均５００ｍｅｓｈ（２８μｍ）の砂粒子を金属基材に噴射し、陽極酸化段階では、金属基材を０．３Ｍのシュウ酸溶液に浸漬して、陽極酸化を実施した。この時、陽極酸化装置は、陰極におけるカウンタ電極として白金が使用され、カウンタ電極および陽極から金属基材の距離を５０ｍｍに維持した。そして、陽極酸化装置は、両電極間に６０Ｖの定電圧を供給して、電解質溶液を１５°Ｃの一定の温度に維持して攪拌した。陽極酸化処理を実施した後には、金属基材を電解質溶液から取り出して脱イオン水で約１５分間洗浄した後、６０°Ｃのオーブンで約１時間乾燥させた。そして、陰極複製段階は、６％のＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＤｕＰｏｎｔ Ｔｅｆｌｏｎ(登録商標) ＡＦ：Ａｍｏｒ−ｐｈｏｕｓ Ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）およびソルベント（ｓｏｌｖｅｎｔ、ＡＣＲＯＳ ＦＣ−７５）を混合した非ぬれ性高分子溶液に複製用型板である金属基材を浸漬して、常温で養生させた。そうすると、陰極複製段階では、養生する間にソルベント成分が蒸発して、ＰＴＦＥ成分の薄い非ぬれ性高分子物質が残るようになる。そして、外部構造物形成段階では、アクリルフィルムを使用した。

図９は、本発明の比較例による内部表面加工が実施されない構造物試片の顕微鏡拡大写真である。比較例の配管構造物は、本実施例の構造物の製造方法のうちの粒子噴射表面加工または陽極酸化処理のどちらも実施せず、金属基材を表面平坦化させた後、陰極複製段階およびエッチング段階を通して製造されたものである。そうすると、比較例の構造物は、図９に示されているように、液体との接触角が小さくなって、疎水特性が付与されにくい。

図１０は、本発明の実施例１によって陽極酸化処理された構造物試片の顕微鏡拡大写真である。実施例１の構造物は、図１に示された段階のうちの粒子噴射表面加工を省略して、金属基材を陽極酸化処理を実施した後に、陰極複製段階およびエッチング段階を通して製造されたものである。そうすると、実施例１の構造物は、図１０に示されているように、複数の柱からなる疎水性表面を有する。

図１１は、本発明の実施例２による粒子噴射表面加工および陽極酸化処理された構造物試片の顕微鏡拡大写真である。実施例２の構造物は、図１に示された段階別に粒子噴射表面加工だけでなく、陽極酸化処理も実施して製造されたものである。そうすると、実施例２の構造物は、図１１に示されているように、マイクロ単位の凹凸表面でありながらナノ単位の柱からなる超疎水性表面を有する。

図１２は、図９ないし図１１に示された構造物試片の流動性を実験するための流動性実験装置の写真である。

図９ないし図１１にそれぞれ示された配管構造物は、流体が流出される注射器の端部であるＣ領域に設置され、図１２に示された流動性実験装置によってその流動性実験が実施された。この時、流動性実験装置は、武蔵エンジニアリング株式会社（Ｍｕｓａｓｈｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｉｎｃ．）のＭＬ−５００ＸＩＩを使用して、配管構造物から流出される流体の重量を約３０秒間測定して比較した。流体の量が多いほど、配管の単位面積当たり流動する流体の量が多いと見ることができるので、各配管に対する流体の運送時間の比較が可能である。

図１３は、図１２に示された流動性実験装置で、作動流体として水を使用して実験した流動性実験結果の図表であって、水の送出圧力を６ｋＰａに設定した。実施例１および実施例２による配管構造物は、比較例の配管構造物に比べて所要時間が短いので、その流動性も優れていることが分かる。しかも、実施例２の配管構造物は、粒子噴射段階を実施しない実施例１に比べて所要時間がより短いので、その流動性がより優れていることが分かる。このように、実施例１および実施例２の配管構造物は、その内部表面に疎水特性がそれぞれ付与されていても、粒子噴射段階を実施した実施例２が粒子噴射段階を実施しない実施例１に比べてその流動性がより向上する。

図１４は、図１２に示された流動性実験装置で、作動流体として洗浄剤を使用して実験した流動性実験結果の図表であって、洗浄剤の送出圧力を３５ｋＰａに設定した。実施例１および実施例２による配管構造物は、比較例の配管構造物に比べて所要時間が短いので、その流動性がより優れていることが分かる。しかし、洗浄剤は水に比べて流体の粘性が低いので、流動性の差は小さかったが、実施例１および実施例２は依然として比較例に比べて流動性が優れていることが分かる。

図１３および図１４に示された実験結果から分かるように、実施例１および実施例２の配管構造物は、内部表面に疎水特性が付与されることによって、疎水特性が付与されない比較例に比べて流動性がより向上する。

図１５は、本発明の比較例による内部表面加工が実施されない配管構造物における流体速度の分布を概念的に示した断面図であり、図１６は、本発明の実施例１または実施例２による疎水性内部表面を有する配管構造物における流体速度の分布を概念的に示した断面図である。

図１５に示された配管構造物は、配管の内部中心における剪断応力が０に近く、配管の内部表面における剪断応力が最大になる。これによって、図１５に示された配管構造物の内部流動を考察すると、配管の内部中心における流体速度が最も速く、配管の内部表面における流体速度が０に近接する程度に遅くなる。

反面、図１６に示された配管構造物は、内部表面に疎水特性が付与されることによって、内部表面で流体との摩擦が減少して、内部表面における剪断応力が図１５に示された配管構造物に比べて相対的に減少する。つまり、図１６に示された配管構造物は、内部表面における剪断応力が減少して、すべりの長さ（Ｓｌｉｐ ｌｅｎｇｔｈ；Ｌ１）に準じて流体速度の分布の長さ（Ｌ２）が長くなる。このように、図１６に示された配管構造物は、図１５に示された配管構造物に比べて流動性がより向上する。

本実施例は、円柱形状の金属基材１１０を使用して、断面が円形の配管構造物の内部表面に疎水特性を付与する製造方法を説明した。しかし、本実施例は複製用型板である金属基材１１０の形状を異ならせて外部形成物質１４０を付着する段階を実施することによって、テーパ（ｔａｐｅｒ）部を有する配管構造物（図１７参照）を形成することもできる。
それだけでなく、本実施例は、図１８に示されているように、断面が中空のチューブ状金属基材２１０を使用することもできる。つまり、本実施例は、チューブ状金属基材２１０の外部表面に陽極酸化層２２０および陰極複製構造物２３０を順次に形成し、陰極複製構造物２３０の外面を外部形成物質２４０で囲む。そして、本実施例は、金属基材２１０および陽極酸化層２２０をエッチングすることによって、飲料保存用缶などの構造物の内部表面にも疎水特性を付与することができる。但し、本実施例は、製造工程中にチューブ状金属基材２１０の内部空間に任意の物質を充填することによって、製造工程中の形状の変形を防止するのが望ましい。

本実施例は、図１９に示されているように、３次元形状に準ずる金属基材３１０を使用しても、それによる製造段階が同一に適用される。つまり、本実施例は、３次元形状の金属基材３１０の外部表面に陽極酸化層３２０および陰極複製構造物３３０を順次に形成し、陰極複製構造物３３０の外面を外部形成物質３４０で囲む。そして、本実施例は、金属基材３１０および陽極酸化層３２０をエッチングすることによって、多様な３次元の複雑な形状の内部表面にも疎水特性を付与することができる。

前述したように、本発明による疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法は、内部表面に疎水特性を付与することができると共に、従来のＭＥＭＳ工程で必要とした高価な装備を使用しないので、その製造費用も相対的に安く、その工程も単純な長所がある。
また、本発明は、複製用型板である金属基材の形状を異ならせて外部形成物質を付着する段階を実施することによって、テーパ（ｔａｐｅｒ）部を有する配管構造物、飲料保存用缶、その他の３次元の複雑な形状の構造物にもその内部表面に疎水特性を付与することができる長所がある。

以上で、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、これも本発明の範囲に属する。

Claims (9)

1. ３次元形状の金属基材を陽極酸化加工して、前記金属基材の外面に微細ホールを形成する陽極酸化段階；
   前記金属基材の外面に非ぬれ性高分子物質をコーティングして、前記非ぬれ性高分子物質を前記金属基材の微細ホールに対応する複製構造物に形成する複製段階；
   前記複製構造物の外面を外部形成物質で囲む外部構造物形成段階；および
   前記金属基材をエッチングして、前記複製構造物および前記外部形成物質から前記金属基材を除去するエッチング段階；
   を含み、
   前記複製段階は、非ぬれ性高分子物質が前記金属基材の微細ホールに注入され、前記複製構造物は、前記微細ホールに対応する複数の柱を含み、
   隣接する前記複数の柱が部分的にくっつくことによって複数の群落を形成することを特徴とする、疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。
2. 前記外部形成物質は、前記複製構造物と接する面に粘着性が付与された素材であることを特徴とする、請求項１に記載の疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。
3. 前記外部形成物質は、前記複製構造物の屈曲した外面に付着されるように柔軟な特性を有する素材であることを特徴とする、請求項１に記載の疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。
4. 前記外部形成物質はアクリルフィルムであることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。
5. 前記陽極酸化段階以前に、微細粒子を噴射して前記金属基材の外面に微細凹凸を形成する粒子噴射段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。
6. 前記粒子噴射段階において、前記金属基材は円柱形状であり、前記微細粒子は前記金属基材の円周面に噴射されることを特徴とする、請求項５に記載の疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。
7. 前記外部形成物質は、前記金属基材の円周面に該当する領域に付着されることを特徴とする、請求項６に記載の疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。
8. 前記エッチング段階は、湿式エッチングによって前記金属基材をエッチングすることを特徴とする、請求項１に記載の疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。
9. 前記金属基材はアルミニウム素材であることを特徴とする、請求項１に記載の疎水性内部表面を有する３次元形状構造物の製造方法。