WO2015163244A1 - 周期構造の構造体が形成された成型体並びにその製造方法 - Google Patents

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孝明 鈴木
宮内　昭浩
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株式会社日立製作所
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the present invention is a molded body having a structure having an arbitrary periodic structure that can be applied to a wide range of fields such as sliding members such as hydraulic bearings used in construction machines and main bearings of automobile engines, and car bodies of high speed railway vehicles. About.
  • Nanoimprint technology is known as a technology for forming such a pattern on the transfer surface of the transfer material.
  • the nanoimprint technology is a technology for imprinting a mold on which an uneven pattern of nanometer order (nano size) is formed on a resin provided on a transfer surface of a transfer material to transfer.
  • biomimetics Recently, research and development on "making things to learn from nature” called biomimetics has been highlighted, and it is known that various effects can be obtained by the surface microstructure.
  • the above-described nanoimprint technology is most suitable as a technology for forming such a fine structure.
  • Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a metal stamp used for imprinting of nanostructures, and describes a method of patterning a resist layer using nanoimprint lithography.
  • Patent Document 2 discloses a method and apparatus for generating a structural color on the surface of a coin or the like, in which a die is formed in a nanometer range by a lathe, matrix corrosion or laser ablation (laser polishing). .
  • Patent Document 3 describes a system and method for producing parts with tolerances within 1000 nm, said system comprising one or a continuous stamping stage supporting a punch and a die, and a stamping station It has a novel structure that guides the punch with accurate alignment to the die with small tolerances.
  • the system includes a press that provides the stamping station with the force necessary to perform a particular stamping process.
  • Patent Document 4 describes a manufacturing method in which the surface of a can or the like is embossed by rolling or punching and the surface is further coated with a transparent layer.
  • the object of the present invention is to use materials excellent in slidability that can be used for hydraulic pumps etc. and materials effective for reducing air resistance that can be applied to leading vehicles of high speed railways, and further It is in providing a manufacturing method.
  • the structure is arranged in an arbitrary cycle, and the top and bottom portions of the structure are flat. It is characterized by being.
  • the material excellent in the slidability which can be used for a hydraulic pump etc., the material effective in reduction of air resistance applicable to the leading vehicle of a high speed railway, and those manufacturing methods can be provided.
  • FIG. 1 is a view showing a basic structure of an embodiment of a molded body having a periodic structure according to the present invention, in which structures 11 having the same shape are periodically formed.
  • FIG. 2 is a view showing a cross-sectional configuration of a portion A-A 'of FIG. The principle of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a structure 11 having a periodic structure is formed on the surface of the molded body 100, the convex shape 11a and the concave shape 11b.
  • the present invention is characterized in that the surface roughness of the upper surface portion 11a of the convex portion and the bottom surface portion 11b of the concave portion is 10 nm or less.
  • the surface roughness of the upper surface portion 11a of the convex portion and the bottom surface portion 11b of the concave portion is 10 nm or less.
  • a semiconductor material such as silicon is molded ( This can be achieved by producing a printing mold as a mold master). Since the silicon is excellent in smoothness, by using silicon patterned on the surface as a mold, the printing mold produced from the silicon mold also has smoothness. As a result, it is possible to obtain a structure having a surface roughness of 10 nm or less. Note that planarization may be added as necessary. It becomes possible to planarize the fine surface roughness of the processing part which arose during pattern formation.
  • a substrate in which silicon nitride and then silicon oxide are stacked on a silicon substrate may be used for the mold.
  • silicon oxide By patterning silicon oxide by dry etching or the like to form a structure in which silicon nitride is exposed, the top surface and the bottom surface of the structure are planarized, and a surface roughness of 10 nm or less can be obtained.
  • the structure of the present invention can be formed by combining two or more structural bodies of different shapes, even if structural bodies of the same shape are molded in the same direction or structural bodies of different shapes are alternately molded in the same direction.
  • the set of structures may be molded at equal intervals in the same direction.
  • the sliding member As one of the effects when molding a structure having a periodic structure, there is a process called "adaptation" in which the uneven contact pressure distribution is gradually homogenized to improve the contact state.
  • the structure having the periodic structure improves the efficiency of the retention function of the lubricant and the discharge of the abrasion powder, and can shorten the conformal process at the initial stage of sliding as compared with the case without the structure having the periodic structure.
  • the shape of the structure is not particularly limited, and it is possible to form a complex shape according to the application or the required characteristics.
  • the material for molding a structure having a periodic structure there is no limitation on the material for molding a structure having a periodic structure, and it is possible to target all metal materials. Moreover, it is possible to shape
  • the structure having a periodic structure by heating and pressing the material to be transferred and / or the mold while using a metal mold.
  • a press device having a stage in which heaters are built up and down may be used.
  • a manufacturing method is used in which both the mold or the mold and the transfer material are heated using induction heating and pressure is applied by a pressure roller, it is possible to form a long transfer medium.
  • a structure having a periodic structure was formed on the surface of the molded body 100 using a Ni-W die.
  • the Ni-W die In the Ni-W die, a convex pattern in a cylindrical shape with a diameter of 200 ⁇ m, a height of 100 ⁇ m, and a pitch of 300 ⁇ m is formed.
  • the mold was formed into a mold by patterning on a silicon substrate using an electron beam drawing apparatus. From the silicon substrate, a Ni-W metal mold was produced by plating. First, 100 ⁇ m thick Ni—W was formed along the pattern shape by electroless plating. Then, Ni—W having a thickness of 400 ⁇ m was formed by electrolytic plating. After forming Ni-W, it was peeled off from the silicon substrate to prepare a Ni-W mold having a pattern formed on the surface. Finally, the Ni-W mold was heat treated at 300 ° C. and used for transfer.
  • the Ni-W mold was used to transfer to the surface of an Al-2 wt% Mg alloy.
  • a parallel plate type thermal nanoimprinting apparatus having a stage in which heaters are built up and down was used.
  • the transfer conditions were a heating temperature of 300 ° C. and a pressure of 15 MPa.
  • the Ni—W mold was peeled off from the Al—Mg alloy to produce an Al—Mg alloy molded body 100 having a structure with a periodic structure formed on the surface.
  • the mold may be coated with a release agent. By coating the mold release agent, the mold releasability of the mold is improved, and the effect of easy peeling is obtained.
  • the sliding characteristics of the Al—Mg alloy molded body 100 were evaluated by a rotary abrasion tester. In the abrasion test, a spherical acrylic material was used as a mating material and paraffin oil was used as a lubricating oil. As a comparison, an Al-Mg alloy without a structural body was also evaluated.
  • the Al-Mg alloy molded body 100 of the present invention has a lower coefficient of friction from the initial stage of the sliding test start than the structure-free Al-Mg alloy, and has a low coefficient of friction even if the number of times of sliding is increased. Excellent in slidability.
  • a triangular structure 41a was formed on the surface of an Al-Zn-Mg alloy (7075) plate.
  • the figure which looked at the surface of the Al-Zn-Mg alloy molded object 400 which formed the triangular structure 41a of a present Example in FIG. 3 from right above is shown.
  • the dimensions of the structure 41a are such that the base length of the triangle is 100 ⁇ m, 300 ⁇ m in height direction of triangle. Also, the height is 500 ⁇ m. Further, It is a periodic structure in which the structures 41a and triangular structures 411a different in 180 ° direction are alternately arranged at intervals of 100 ⁇ m.
  • Example 2 Using the same method as in Example 1, a Ni—W alloy mold was produced. The structures 41a and 411a were formed on the surface of the Al-Zn-Mg alloy using the Ni-W alloy mold, and a compact 400 of the Al-Zn-Mg alloy was produced.
  • the surface roughness of the structures 41a, 411a and 41b was as low as 0.9 nm.
  • the sliding characteristics of the Al—Zn—Mg alloy molded body 400 were evaluated by a reciprocating sliding property test device.
  • the test conditions used spherical acrylics as a mating material, and used paraffin oil as a lubricating oil.
  • samples without structures were prepared and tested.
  • the same tendency as in Example 1 is shown, and in this example, the coefficient of friction is lower and the slidability is excellent as compared with the case without the structure.
  • FIGS. 4 and 5 show an embodiment in which structures of different shapes are formed on a metal surface.
  • the structure 51a having a height of 500 ⁇ m and a width of 600 ⁇ m, and a triangular structure 51c having a height of 250 ⁇ m are disposed on the concave portion of the structure 51a having a height of 500 ⁇ m and a width of 600 ⁇ m.
  • the shape was patterned on a silicon substrate by an electron beam drawing apparatus to produce a silicon mold.
  • a Ni-W mold was produced by plating.
  • FIG. 7 shows a schematic view of the device transfer portion.
  • the mold 83 is set on the metal plate 84, and the induction heating 82 and the upper and lower pressure rollers 81 are moved to instantaneously heat and press the mold.
  • the apparatus was used to transfer the pattern of the Ni-W mold onto the surface of the pre-hardened steel plate. After transfer, the Ni-W mold was peeled off, and a pre-hardened steel molded body 500 having a structure formed on the surface was produced.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the BB ridge portion of the molded body shown in FIG.
  • a structure 51a is formed on the surface of the pre-hardened steel molded body 500, and a triangular structure 51c is formed in the recess of the structure 51a.
  • the sliding characteristics of the pre-hardened steel molded body 500 were evaluated. As a comparison, it tested using a prehardened steel without a structure.
  • the test conditions used ring-shaped SUS304 as a mating material, and paraffin oil as a lubricating oil. As in the first embodiment, the coefficient of friction is low from the initial stage, and the coefficient of friction is low even if the number of sliding operations is increased.
  • FIG. 8 shows a low temperature softened glass molded body 900 in which triangular grooves 91a are periodically formed on the surface of low temperature softened glass.
  • V 2 O 5 57%
  • P 2 O 5 2 in terms of weight% in terms of oxide.
  • a low temperature softened glass consisting of 0%, Sb 2 O 3 : 20%, and BaO 3% is prepared, and triangular grooves 91 a having a height of 400 ⁇ m are radially arranged on the surface of the low temperature softened glass.
  • the patterned silicon substrate was used as a mold, and a Ni-W mold was manufactured using a plating method.
  • the transfer to the low temperature softened glass was performed using a parallel plate type thermal nanoimprinting apparatus having a stage with a heater built in at the top and bottom as in the first embodiment.
  • the transfer conditions were a pressure of 400 ° C. and a pressure of 30 MPa.
  • Ra has a flatness of 0.5 nm.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of a portion C-C 'of the molded body shown in FIG.
  • a triangular groove 91a having a height of 400 ⁇ m is periodically formed.
  • test piece The slidability of the test piece was evaluated on a ring on disc. As a comparison, a test piece having no structure was also produced and evaluated in the same manner as in Example 3. The measurement results show the same tendency as in FIG. 6, and the present invention has a low coefficient of friction and is excellent in slidability.
  • a structure having a periodic structure can be formed by using a ceramic such as Al 2 O 3 or the like.
  • the molded body 1100 of the present example was produced by the method described below.
  • an Al—Si alloy was used as a material to be transferred.
  • a line & space shaped structure 111 having a width of 100 ⁇ m and a depth of 100 ⁇ m was formed on the surface of an Al-5 wt% Si alloy plate.
  • a mold made of Ni plating was used to mold the structure 111.
  • a quartz substrate was used as a mold material for producing the mold.
  • convex shapes with a width of 100 ⁇ m and a height of 100 ⁇ m were patterned at intervals of 100 ⁇ m using an electron beam drawing apparatus.
  • a Ni die for transfer was produced from the mold of quartz using electroless and electrolytic Ni plating methods.
  • FIG. 10 shows an Al-5 wt% Si molded body 1100 formed by molding a structure 111 in a line and space shape on the surface.
  • SEM scanning electron microscope
  • structures of the same shape were formed at equal intervals.
  • the sliding characteristics of the Al-5 wt% Si compact 1100 were evaluated by a ring-on-disk sliding test.
  • a test piece without a structure was also produced and evaluated.
  • the measurement results show the same tendency as in FIG. 6, and the present invention has a low coefficient of friction and is excellent in slidability.
  • Comparative example 1 A molded body was produced in the same manner as in Example 1.
  • a molded body having a surface roughness of 1 ⁇ m was produced and subjected to a sliding test.

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Abstract

　本発明の目的は、油圧ポンプ等に使用可能な摺動性に優れた材料および高速鉄道の先頭車両に適用可能な、空気抵抗の低減に有効な材料、さらに、それらの製造方法を提供することにある。　解決手段は以下の通りである。表面または側面または両面に、周期構造を有する構造体（１１ａ）を成型した成型体（１１）を用いることで摩擦係数の低減、また空気抵抗の低減が達成できる。前記周期構造は、同一形状の構造体（１１ａ）を同一方向に成型することや、異なる形状の構造体（１１ａ）を２個以上組み合わせて一組とし、同一方向に等間隔の周期で成型することを特徴とする。また、前記構造体（１１ａ）の表面（上面）又は底面、更に上面部分、低面部分の両方の表面粗さが１０ｎｍ以下の平滑性を有することで、摺動性に対する信頼性が向上する。

Description

周期構造の構造体が形成された成型体並びにその製造方法
　本発明は、建設機械に用いられる油圧ポンプや自動車用エンジンの主軸受け等の摺動部材や、高速鉄道車両の車体等広い分野で応用できる、任意の周期構造を有する構造体を形成した成型体に関する。
　近年、液晶ディスプレイの反射防止フィルム、導光板等の光学部品、細胞培養シート等のバイオデバイス、太陽電池、あるいは発光装置等の電子デバイスの分野において、製品の性能向上を図り、また、所望の機能を発現させることを目的に、被転写材料の被転写面に微細な凹凸形状のパターンを形成することが行われている。
　被転写材料の被転写面に、このようなパターンを形成する技術としては、ナノインプリント技術が知られている。ナノインプリント技術とは、ナノメートルオーダー（ナノサイズ）の凹凸形状のパターンを形成したモールドを、被転写材料の被転写面に設けた樹脂に型押しして転写する技術である。
　最近になり、バイオミメティックスと呼ばれる「自然に学ぶものつくり」に関する研究開発がクローズアップされ、表面の微細構造により様々な効果が得られることが知られている。その様な微細構造を形成する技術として上記ナノインプリント技術が最適である。
　これまでのナノインプリントは、樹脂等の被転写材料にパターニングを行ってきた。広い分野への応用を考えると、樹脂以外の材料、例えば金属材料等への展開が必要である。
　特許文献１には、ナノ構造のインプリントで使用される金属製スタンプの製造方法について開示されており、ナノインプリントリソグラフィを用いて、レジスト層にパターン形成する方法が記載されている。
　特許文献２には、コイン等の表面に構造色を生成する為の方法及び装置が開示されており、旋盤、母型腐食あるいはレーザーアブレーション(レーザー研磨)によりナノメートル領域でダイが形成されている。
　特許文献３には、１０００ｎｍ内の公差を持つ部品を製作するシステムと方法が記載されており、前記システムはパンチ及びダイを支持する１つ又は連続式スタンプ加工ステージを有し、スタンプ加工ステーションは、小さい公差でダイに対し正確に整列させてパンチを案内する新規な構造を有している。システムは、特定のスタンプ加工を行うのに必要な力をスタンプ加工ステーションに供給するプレスを有している。
　特許文献４には缶等の表面に、ロールや打ち抜き加工により浮き彫りを施し、更にその表面に透明な層を被覆する製造方法が記載されている。
特開2010－274650号公報 特表2006－516108号公報 特表2005－538848号公報 特表2004－501775号公報
　これまでの技術では、同一形状のパターンを配列するレイアウトのみが記載されており
、複雑な形状のパターン配列については考慮されていない。また、形成したパターンおよびパターン以外の部分の表面粗さについての記載がされていない。摺動性向上や空気抵抗の低減には、パターン形状や配列、パターンの表面(上部)及び底面(下部)の表面粗さ（Ｒａ）の影響が大きいと考えられる。
　以上の状況を踏まえ、本発明の目的は、油圧ポンプ等に使用可能な摺動性に優れた材料および高速鉄道の先頭車両に適用可能な、空気抵抗の低減に有効な材料、さらに、それらの製造方法を提供することにある。
　周期構造の構造体が形成された成型体は、表面または側面または両面に構造体を有する成型体において、前記構造体が任意の周期で配列され、前記構造体の上面部分および底面部分が平坦で有ることを特徴とする。
　本発明によれば、油圧ポンプ等に使用可能な摺動性に優れた材料および高速鉄道の先頭車両に適用可能な、空気抵抗の低減に有効な材料、さらに、それらの製造方法を提供できる。
本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の基本構造を示す図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の基本構造を示す断面図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の基本構造を示す図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の基本構造を示す図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の基本構造を示す断面図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の摺動特性を示す図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の転写装置の加熱、加圧部を示す図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の構造を示す図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の構造を示す断面図である。 本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施の形態の構造を示す図である。
　以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。本実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
　図１は、本発明に係る周期構造を有する成型体の一実施形態の基本構造を示す図で、同一形状を有する構造体１１が周期的に形成されている。
　図２は、図１のＡ―Ａ’部分の断面構成を示す図である。図２を用いて、本発明の原理について説明する。
　本発明の一実施形態では、成型体１００の表面に、凸形状１１ａと凹形状１１ｂと、からなり、周期構造を有する構造体１１が形成されている。凹凸を成型することで、摩擦係数を低減する効果が得られる。また、本発明は、凸部の上面部分１１ａと凹部の底面部分１１ｂの表面粗さが１０ｎｍ以下であることを特徴としている。表面粗さを１０ｎｍ以下にすることで摺動性に対する信頼性が向上する。構造体の表面粗さが粗い場合、相手材とのギャップが狭くなると、接触する可能性が大きくなり、摺動性が低下すると考えられる
。本発明は、構造体の表面粗さを１０ｎｍ以下にすることで、相手材とのギャップが狭くなっても、接触するリスクが少なくなり、摺動性に対する信頼性が向上する。
　前記１０ｎｍ以下の粗さを実現する為には、半導体材料であるシリコン等をモールド(
金型原盤)としてプリント用金型を作製することで達成できる。該シリコンは、平滑性に
優れていることから、表面にパターン形成したシリコンをモールドとすることで、該シリコンモールドより作製したプリント用金型も平滑性を有する。その結果、１０ｎｍ以下の表面粗さを有する構造体を得ることが可能となる。なお、必要に応じて、平坦化処理を加えても良い。パターン形成の際に生じた加工部分の微細な表面荒れを平坦化することが可能となる。
　また、シリコン基板上に窒化ケイ素、次いで酸化ケイ素を積層した基板をモールドに用いても良い。ドライエッチング等で、酸化ケイ素をパターニングし、窒化ケイ素を露出した構造にすることで、構造体の上面及び底面が平坦化され、１０ｎｍ以下の表面粗さを得ることが可能となる。
　本発明の構造体は、同一形状の構造体を同一方向に成型しても、形状の異なる構造体を交互に同一方向に成型しても、形状の異なる構造体を２個以上組み合わせて一つの組とし
、該構造体の組を同一の方向に等間隔で成型しても良い。上記周期構造にすることで、摺動特性が向上する効果が得られる。
　周期構造の構造体を成型した時の効果の一つとして、摺動部材の場合、不均一な接触圧力分布が次第に均一化されて接触状態が改善する「なじみ」と呼ばれる過程がある。本発明を用いることで、なじみの時間を大幅に短縮できる効果がある。周期構造を有する構造体により、潤滑剤の保持機能や摩耗粉の排出等の効率が良くなり、周期構造を有する構造体の無い場合に比べて、摺動初期のなじみ過程が短縮できる。
　本発明では、構造体の形状に特に限定は無く、用途あるいは要求特性に応じた複雑な形状でも成型することが可能である。
　本発明では、周期構造を有する構造体を成型する材料に限定が無く、金属材料全般を対象にすることが可能である。また、ガラス等のセラミックスに対しても、周期構造を有する構造体を成型することが可能である。
　周期構造を成型する場合、被転写材の金属材料の硬さより、硬い材質の金型を用いることで、周期構造を有する構造体を成型することが可能である。例えば、ＮｉまたはＮｉ合金等は、ビッカース硬さが高くメッキにより容易に転写用金型を作製することができる為好適である。
　本発明では、金属からなる金型を用いて、被転写材料及び金型またはいずれか一方を加熱しながら加圧することで周期構造の構造体を成型することが可能である。例えば、上下にヒータを内蔵したステージを有するプレス装置を用いても良い。また、誘導加熱を用いて金型又は金型と被転写材の両方を加熱し、加圧ローラで加圧する製造方法を用いると、長いサイズの被転写材にも成型することが可能である。
　図１に示すように、成型体１００の表面に、Ｎｉ－Ｗ製金型を用いて、周期構造を有する構造体を形成した。該Ｎｉ－Ｗ製金型には、直径２００μｍ、高さ１００μｍ、３００μｍピッチの円柱形で凸型のパターンが形成されている。該金型は、電子ビーム描画装置を用いてシリコン基板にパターン形成しモールドとした。該シリコン基板から、メッキ法によりＮｉ－Ｗ製金型を作製した。始めに、無電解メッキにより、厚さ１００μｍのＮｉ－Ｗをパターン形状に沿って形成した。次いで、電解メッキにより厚み４００μｍのＮｉ－Ｗを形成した。Ｎｉ－Ｗを形成後、シリコン基板から剥離することで表面にパターンが形成されたＮｉ－Ｗ金型を作製した。最後に、該Ｎｉ－Ｗ金型を３００℃で熱処理し転写に用いた。
　該Ｎｉ－Ｗ金型を用いて、Ａｌ－２ｗｔ％Ｍｇ合金の表面に転写した。転写には、上下にヒータを内蔵したステージを有する平行平板型熱ナノインプリント装置を用いた。転写条件は、加熱温度を３００℃、加圧力を１５ＭＰａとした。転写後、該Ａｌ－Ｍｇ合金より、該Ｎｉ－Ｗ金型を剥離することで、表面に周期構造の構造体が成型されたＡｌ－Ｍｇ合金の成型体１００を作製した。なお、本発明では、必要に応じて、金型に離型剤をコーティングしても良い。離型剤をコーティングすることで、金型の離型性が向上し、剥し易くなる効果が得られる。
　図２に示すＡｌ－Ｍｇ成型体１００のパターン上面部分１１ａ及び底面部分１１ｂの表面粗さ（Ｒａ）を原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)で測定した。いずれも、表面粗さ（Ｒａ）＝　
０．７６ｎｍと低い値を示した。これより、本発明の特徴である、平坦性を有する周期構造の構造体が、表面に成型できることを確認した。該Ａｌ－Ｍｇ合金の成型体１００の摺動特性を回転式摩耗試験装置で評価した。摩耗試験には、相手材に球状アクリル材、潤滑油としてパラフィンオイルを用いた。比較として、構造体の無いＡｌ－Ｍｇ合金も評価した。
　図６に、評価結果を示す。本発明のＡｌ－Ｍｇ合金成型体１００は、構造体の無いＡｌ－Ｍｇ合金に比べて、摺動試験開始の初期段階から摩擦係数が低く、また、摺動回数を増やしても摩擦係数が低く摺動性に優れている。
　本実施例では、シリコン基板をモールドに用いた例を示したが、シリコン基板上に窒化ケイ素と酸化ケイ素を積層した基板をモールドに用いても、周期構造の構造体を形成することが可能で有る。
　本実施例では、Ａｌ―Ｚｎ―Ｍｇ合金（７０７５）板の表面に、三角形の構造体４１ａを成型した。
　図３に、本実施例の三角形の構造体４１ａを形成したＡｌ―Ｚｎ―Ｍｇ合金成型体４００の表面を真上から見た図を示す。構造体４１ａの寸法は、三角形の底辺部長さ １００
μｍ、三角形の高さ方向 ３００μｍである。また、高さは５００μｍである。さらに、
該構造体４１ａと１８０°向きの異なる三角形の構造体４１１ａを、交互に１００μｍ間隔で配列した周期構造である。
　実施例１と同様の方法を用いて、Ｎｉ－Ｗ合金の金型を作製した。該Ｎｉ－Ｗ合金金型を用いて、Ａｌ―Ｚｎ―Ｍｇ合金の表面に構造体４１ａ並びに４１１ａを形成し、Ａｌ―Ｚｎ―Ｍｇ合金の成型体４００を作製した。
　該構造体４１ａ、４１１ａおよび４１ｂの表面粗さを評価した結果、０．９ｎｍと低い表面粗さであった。
　該Ａｌ―Ｚｎ―Ｍｇ合金成型体４００の摺動特性を往復式摺動性試験装置で評価した。試験条件は、球状のアクリルを相手材とし、潤滑油としてパラフィンオイルを用いた。比較として、構造体の無いサンプルを作製し試験した。試験の結果、実施例１と同様の傾向を示し、本実施例の方が構造体の無い場合に比べて、摩擦係数が低く、摺動性に優れている。
　図４及び図５は、金属表面に異なる形状の構造体を成型した実施例である。本実施例では、プリハードン鋼板表面に、高さ５００μｍ、幅６００μｍの凹凸形状の構造体５１ａおよび構造体５１ａの凹部に高さ２５０μｍの三角形の構造体５１ｃが配置されている構造である。
　前記形状を、シリコン基板上に電子ビーム描画装置によりパターニングしシリコンモールドを作製した。次に、実施例１と同様に、メッキ法によりＮｉ－Ｗ金型を作製した。
　該Ｎｉ－Ｗ金型を用いてプリハードン鋼に表面に転写した。転写は、誘導加熱を用いて金型を加熱し、瞬時に加圧ローラで加圧する方法で実施した。図７に、装置転写部分の概略図を示す。金属板８４上に、金型８３をセットし、誘導加熱８２と上下の加圧ローラ８１を移動させながら金型の加熱及び加圧を瞬時に行う方式である。
　該装置を用いて、該プリハードン鋼板の表面に、該Ｎｉ－Ｗ金型のパターンを転写した
。転写後、Ｎｉ－Ｗ金型を剥離し、表面に構造体を形成したプリハードン鋼成型体５００を作製した。
　図５に、図４に示す成型体のＢ－Ｂ‘部の断面図を示す。該プリハードン鋼成型体５００の表面に、構造体５１ａが形成され、さらに構造体５１ａの凹部に、三角形状の構造体５１ｃが形成されている構造である。該プリハードン鋼成型体５００の摺動特性を評価した。比較として、構造体の無いプリハードン鋼を用いて試験した。試験条件は、相手材にリング状のＳＵＳ３０４を、潤滑油にパラフィンオイルを用いた。実施例１と同様に初期段階から摩擦係数が低く、また、摺動回数を増やしても摩擦係数が低く摺動性に優れている。
　図８に、低温軟化ガラスの表面に三角形溝９１ａを周期的に成型した低温軟化ガラス成型体９００を示す。本実施例では、酸化物換算の重量％で、Ｖ2Ｏ5：５７％、Ｐ2Ｏ5：２
０％、Ｓｂ2Ｏ3：２０％、ＢａＯ：３％からなる低温軟化ガラスを作製し、該低温軟化ガラスの表面に、高さ４００μｍの三角形の溝９１ａが放射状に配置されている構造である
。実施例１と同様に、パターニングしたシリコン基板をモールドとし、メッキ法を用いてＮｉ－Ｗ製の金型を作製した。
　該低温軟化ガラスへの転写は、実施例１と同様に上下にヒータを内蔵したステージを有する平行平板型の熱ナノインプリント装置を用いて行った。転写条件は、加圧温度 ４００℃、加圧力 ３０ＭＰａ加圧とした。
　該成型体の表面部分９１ｂの表面粗さをＡＦＭで評価した結果、Ｒａが０．５ｎｍと平坦性を有している。
　図９に、図８に示す成型体のＣ－Ｃ’部分の断面図を示す。高さ４００μｍの三角形の溝９１ａが周期的に形成されている。
　該試験片の摺動性をリングオンディスクで評価した。比較として、構造体の無い試験片も作製し、実施例３と同様に評価した。測定の結果、図６と同様の傾向を示し、本発明は
、摩擦係数が低く、摺動性に優れている。
　本実施例では、低温軟化ガラスを用いて実施したが、他に、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックスを用いても周期構造の構造体を形成することが可能である。
　以下に示す方法で、本実施例の成型体１１００を作製した。
　本実施例では、被転写材料にＡｌ－Ｓｉ合金を用いた。具体的には、Ａｌ－５ｗｔ％Ｓｉ合金板の表面に、巾１００μｍ、深さ１００μｍのライン＆スペース形状の構造体１１１を成型した。該構造体１１１の成型は、Ｎｉメッキで作製した金型を用いた。金型の作製には、石英基板をモールド材とした。該石英基板表面に、電子ビーム描画装置を用いて
、巾１００μｍ、高さ１００μｍの凸形状を１００μｍ間隔でパターニングした。該石英のモールドより、無電解および電解Ｎｉメッキ法を用いて、転写用Ｎｉ金型を作製した。
　該Ｎｉ金型を用いて、実施例１と同様の方法で、Ａｌ－５ｗｔ％Ｓｉ合金板の表面に転写した。
　図１０に、表面にライン＆スペース形状の構造体１１１を成型したＡｌ－５ｗｔ％Ｓｉ成型体１１００を示す。得られた構造体１１１を走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)で観察した結果、同一形状の構造体が等間隔に形成されていた。該Ａｌ－５ｗｔ％Ｓｉ成型体１１００の摺動特性をリングオンディスク摺動試験で評価した。比較として、構造体の無い試験片も作製し評価した。測定の結果、図６と同様の傾向を示し、本発明は、摩擦係数が低く、摺動性に優れている。
（比較例１）
　実施例１と同様の方法を用いて成型体を作製した。比較材として、構造体の表面粗さが１μｍの成型体を作製し摺動試験した。
　摺動試験の初期の摩擦係数を比較すると、実施例１の成型体の摩擦係数は０．０２であった。一方、比較例１の成型体の摩擦係数は０．２５であった。
　以上の結果から、表面粗さが低い構造体を成型した成型体の方が、耐摩耗性に優れていることが実証された。
１００、４００、５００、９００、１１０…成型体
１１、４１、５１、９１、１１１…構造体
１１ａ、４１ａ、４１１ａ、５１ａ、５１ｃ、９１ａ、…凹または凸形状の構造体
１１ｂ、４１ｂ、９１ｂ…構造体以外の凹または凸部分
８１…加圧ロール
８２…誘導加熱機構
８３…金型
８４…金属板

Claims (10)

  1. 　表面または側面または両面に構造体を有する成型体において、前記構造体が任意の周期で配列され、前記構造体の上面部分および底面部分が平坦で有ることを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体。
  2. 　請求項１において、前記構造体の上面部分または底面部分、更に上面部分、低面部分の両方の表面粗さ(Ｒａ)が１０ｎｍ以下であることを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体。
  3. 　請求項１または２において、周期構造を成型する材料は、セラミックスであることを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体。
  4. 　請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記構造体は、同一形状を有する構造体が同一方向に周期的に成型されていることを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体。
  5. 　請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記構造体は、異なる形状の構造体が交互に同一方向に同一周期で成型されていることを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体
    。
  6. 　請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記構造体は、形状の異なる構造体を２個以上組み合わせて一つの組をとし、前記構造体の組が同一方向に等間隔の周期で成型されていることを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体。
  7. 　金属からなる金型を用いて、前記金属材料及び前記金型またはいずれか一方を加熱しながら加圧することで、表面または側面に構造体を形成することを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体の製造方法。
  8. 　請求項７において、構造体を形成する為に、Ｓｉや石英等の半導体プロセスに用いる材料をモールド（金型原盤）材に用いることを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体の製造方法。
  9. 　請求項７または８において、構造体の製造には、誘導加熱を用いて金型を加熱し、加圧ローラで加圧すること特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体の製造方法。
  10. 請求項７乃至９のいずれかにおいて、構造体の製造には、上下にヒータを内蔵したステージを有するプレス装置を用いて、加熱しながら、加圧することを特徴とする周期構造の構造体が形成された成型体の製造方法。
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