(57)【要約】【課題】優れた撥水性能を備え、しかも、撥水性凹凸表面への水滴やほこりの付着を防止することができる帯電防止撥水構造と、このような構造を備えた構造体、例えば、ディスプレイやウインドウパネルなどの自動車部品を提供する。【解決手段】撥水性を発揮する微細な凹凸構造を備えた基材１の凹凸表面上に、抵抗率が１．０×１０８Ω・ｃｍ以下の導電層２を形成し、この導電層２のさらに表面に撥水層３を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撥水性凹凸構造を備えた基材の表面に、抵抗率が１．０×１０８Ω・ｃｍ以下の導電層を備え、当該導電層の表面にさらに撥水層が設けてあることを特徴とする帯電防止撥水構造。
【請求項２】
上記導電層に撥水層が化学的に結合していることを特徴とする請求項１に記載の帯電防止撥水構造。
【請求項３】
上記導電層の厚さが１〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電防止撥水構造。
【請求項４】
上記撥水性凹凸構造が４００ｎｍ以下のピッチで配列された無数の錐体状突起から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の帯電防止撥水構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の帯電防止撥水構造を基板の少なくとも一方の面に備えていることを特徴とする帯電防止撥水構造体。
【請求項６】
透明材料から構成されていることを特徴とする請求項５に記載の帯電防止撥水構造体。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の帯電防止撥水構造を備えていることを特徴とする自動車部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水滴の付着を防ぐ撥水機能を発揮する微細な凹凸構造を備え、撥水性と共に、静電気の発生を防ぐ帯電防止機能を備えた帯電防止撥水構造と、このような構造を備えた帯電防止撥水構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両、船舶、航空機などの各種ウインドウパネルにおいては、雨を除去するためにワイパーシステムが導入されているが、ウインドウパネルの撥水化によって、ワイパーの要らないウインドウパネルを実現し、コスト削減や生産工数削減する試みがある。
【０００３】
このようなパネルの撥水化技術としては、プラスチック基板の表面に形成したナノサイズの微細凹凸表面上に、さらにＰＴＦＥのような低表面エネルギーを有する撥水被膜を形成することによって、超撥水性を備えた反射防止構造体が得られることが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７２８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された超撥水性反射防止構造体においては、その表面を水滴が転がるために、水を介して電荷を逃がすことができずに帯電する結果、静電気の作用によって微細凹凸表面に細かな水滴やほこりを引き寄せてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであって、その目的とするところは、優れた撥水機能を備えると共に、撥水性凹凸表面への水滴やほこりの付着を防止することができる帯電防止撥水構造を提供することにある。また、このような構造を備えた構造体、例えば、ディスプレイやウインドウパネルなどの自動車部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、撥水機能を発揮する凹凸表面に、撥水層と共に導電層を形成することによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の帯電防止撥水構造は、撥水性凹凸構造を備えた基材の表面に、抵抗率が１．０×１０８Ω・ｃｍ以下の導電層を備え、当該導電層の表面に撥水層がさらに設けてあることを特徴とする。
また、本発明の帯電防止撥水構造体は、上記撥水構造を基板の少なくとも一方の面に備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撥水機能を発揮する凹凸構造の最表面に撥水層を備え、さらにその直下層に導電層を備えたものとしたため、生じた電荷を導電層によって逃がすことができ、撥水性能を損なうことなく、静電気による水滴やほこりの付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の帯電防止撥水構造の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）本発明に用いる基材の代表例として円錐状突起から成る撥水性凹凸構造を備え基材の形状を示す斜視図である。（ｂ）本発明に用いる基材の他の代表例として角錐状突起から成る撥水性凹凸構造を備え基材の形状を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の帯電防止撥水構造やこの構造を備えた構造体について、その製造方法や実施形態などと共に、さらに詳細に説明する。
【００１２】
本発明の帯電防止撥水構造は、図１に示すように、撥水機能を発現する微細な凹凸、すなわち撥水性凹凸構造を備えた基材１の凹凸表面に、抵抗率が１．０×１０８Ω・ｃｍ以下の導電層２と、さらにその表面に撥水層３を備えたものである。
【００１３】
本発明において、撥水性凹凸構造とは、図２（ａ）や（ｂ）に例示するように、円錐や角錐など、無数の錐体状突起１ａから成るものであって、撥水性を発揮するためには、突起間の間隔（ピッチ）Ｐを水滴の径よりも小さい１ｍｍ以下とする必要がある。
また、ディスプレイのカバーやウインドウパネルとして用いるべく、透明性を確保するためには、間隔Ｐを    μｍ以下とすることが望ましい。また、外の景色や照明の映り込みを防止することを目的として、反射防止機能を得るためには４００ｎｍ以下とすることが望ましいが、好ましくは３８０ｎｍ以下であり、更に好ましくは２５０ｎｍ以下である。２５０ｎｍ以下であれば、回折光はほとんど観測できなくなる。ピッチＰが４００ｎｍを超えると、回折光が発生し、反射率が大きくなる傾向がある。
【００１４】
なお、図２においては、撥水性凹凸構造を構成する錐体状突起１ａの形状例として、円錐形及び四角錐のものを示したが、その底面形状としては、三角形や六角形など、他の多角形であっても良い。
また、本発明における錐体状突起１ａの形状としては、正確な円錐（母線が直線）や角錐（稜が直線、側面が平面）のみならず、底面から先端側に向かって断面積が順次小さくなるような形状である限り、母線が曲線である円錐状のものや、側面が曲面をなす角錐状であってもよい。
【００１５】
さらに、成形性や耐破損性を考慮して、先端部を平坦にしたり、丸みをつけたりすることも可能であるが、撥水性の観点からは、先端部が鋭い方が好ましい。
加えて、錐体状突起１ａの底面の中心と頂点を結ぶ直線は、必ずしも底面に対して垂直である必要もない。
【００１６】
このように、本発明において『錐体状』とは、正確な円錐や角錐のみならず、釣り鐘形や椎の実形の変形円錐状や、曲面から成る側面を有する変形角錐状のもの、先端が丸みを帯びたもの、傾斜したものをも含めた形状を意味する。
【００１７】
本発明の帯電防止撥水構造において、上記のような撥水性凹凸構造を成形する方法としては、特に限定されるものではないが、熱プレス法（ホットエンボス法）、射出成形法などを挙げることができる。
特に、光の波長以下の微細凹凸を容易に成形するための方法としては、ナノインプリントが好適に用いられる。このナノインプリントによる成形方法としては、熱や活性エネルギー線のいずれを用いる方法であってもよい。
【００１８】
熱を用いる方法については、熱可塑性樹脂を加熱して、金型を押し当てることによって当該樹脂に上記のような錐体状突起を転写する方法である。また、活性エネルギー線を用いる方法は、型に活性エネルギー線により重合し硬化するポリマー又はオリゴマー、モノマーなどを入れ、紫外線やＸ線などの活性エネルギー線を照射することによって固化させる方法である。
【００１９】
上記の成形に用いられるスタンパとしては、上記のような微細な錐体状突起を形成できる方法であれば、特にその製造方法に限定はなく、生産性やコストなどを考慮して適宜なものを使用することができる。
なお、本発明において、ナノインプリントとは、数ｎｍから数１０μｍ程度の範囲の転写を言う。
【００２０】
本発明に使用するプレス装置としては、加熱・加圧機構を有するものや、光透過性スタンパの上方より活性エネルギー線を照射できる機構を有するものがパターン転写を効率良く行う上で好ましい。
【００２１】
上記スタンパは、転写されるべき微細なパターンを有するものであり、スタンパにパターンを形成する方法については、特に制限ななく、例えばフォトリソグラフィや電子線描画法等を所望する加工精度に応じて選択することができる。
また、スタンパの材料としては、シリコンウエハ、各種金属材料、ガラス、セラミック、プラスチック、炭素材料等、強度と要求される精度の加工性を有するものであればよく、 具体的には、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、多結晶Ｓｉ、ガラス、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃ、さらにはこれらを１種以上含むものを例示することができる。
【００２２】
上記凹凸構造を形成するための材料としては、上記に示すいずれかの方法により上記錐体状突起から成る微細な撥水性凹凸構造を付与できる基材であればよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、さらにはこれらを２種以上ブレンドした材料を用いることが可能であって、とりわけ透明性があるものは、例えば窓（ウインドシールド）や計器類のカバーなどに好適に用いることができる。
【００２３】
活性エネルギー線を用いる場合は、活性エネルギー線により重合を開始できる樹脂が用いられる。このような樹脂としては、例えば紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型エポキシアクリレート樹脂、紫外線硬化型ポリオールアクリレート樹脂、紫外線硬化型エポキシ樹脂などを例示することができ、必要に応じて、活性エネルギー線を照射することによりラジカルを発生する重合開始剤を用いることもでき、より強固に固めるためイソシアネートのような硬化剤を加えることもできる。
また、ここで用いられる活性エネルギー線としては、一般に紫外線やＸ線、その他電子線、電磁波などが挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００２４】
本発明においては、上記のような撥水性凹凸構造を備えた基材１の凹凸表面上に、第１層として、導電層２が形成されている。
当該導電層２としては、その抵抗率（比抵抗）が１．０×１０８Ω・ｃｍ以下でありさえすれば、どのような材料から成るものでもよく、例えば、薄い膜状の金属や、金属酸化物などからなる半導体膜、π電子共役をもつ導電性高分子膜や、グラフェン、グラファイトなど炭素膜を用いることができる。なお、導電層２の抵抗率を１．０×１０８Ω・ｃｍ以下とするのは、この値を超えると、伝導率が悪くなって導電層として機能しなくなることによる。
【００２５】
上記した導電層２の厚さとしては、１ｎｍ〜３０ｎｍの薄膜状に形成することが望ましい。これは、導電層２の厚みが１ｎｍに満たない場合は、抵抗値が大きくなって、本来の電導機能が低下し、逆に３０ｎｍを超えると、着色して透明性が損なわれる傾向があることによる。
なお、このような導電層２の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、ＬＢ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スパッタ法、金属ナノ粒子や導電性高分子の塗布等を用いることができる。
【００２６】
上記導電層２の表面には、さらに撥水層３が形成される。
この撥水層３を構成する撥水材料としては、例えば長鎖アルコキシシラン、フルオロアルコキシシラン、ポリジメチルシロキサン等を挙げることができる。
【００２７】
ここで、上記撥水層３は、導電層２と化学的に結合していることが望ましく、これによって両者の結合強度が増し、乾拭き等に対する耐久性が向上する。
なお、ここで言う『化学結合』とは、微細構造の表面の導電層と撥水層が化学的に結合することを意味し、具体的には共有結合やイオン結合といった結合が例示される。
導電層の表面に直接撥水層を化学結合できない場合は、導電層と撥水層の間に密着性を向上させる層を設けても良い。特に限定されないが密着層として、樹脂などに対し吸着性のよい酸化ケイ素などが用いられる。
【００２８】
なお、上記撥水層３の形成方法としては、錐体状突起１ａによって形成される撥水性凹凸構造を埋めてしまうことのない方法であれば特に限定されず、例えば、ＬＢ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、自己組織化法、スパッタ法、単分子を溶剤で希釈したものを塗布する方法などが挙げられる。
【００２９】
本発明の帯電防止撥水構造体は、上記した帯電防止撥水構造を基板の少なくとも一方の面に備えたものである。すなわち、例えば接着剤などを用いて、撥水性凹凸構造を備えた基材１の凹凸面に導電層２と撥水層３を形成したものをガラスや他の樹脂材料などから成る基板上に貼り付けることによって、帯電防止撥水構造体が得られる。
このとき、撥水性凹凸構造を備えた基材１と上記基板とが別体構造である必要は必ずしもなく、撥水性凹凸構造を備えた基板上に、導電層２と撥水層３を形成することによって、本発明の帯電防止撥水構造体とすることも可能である。
【００３０】
上記帯電防止撥水構造体においては、基材や基板として、例えばガラスやアクリル樹脂、ポリカーボネートなどの透明材料を用い、構造体全体を透明なものとすることが望ましく、これによって当該構造体の窓材などへの適用が可能になる。
【００３１】
本発明の自動車部品は、本発明の上記帯電防止撥水構造を備えたものであるから、優れた撥水性能を発揮すると共に、静電気による水滴やほこりの付着を防止することができる。したがって、例えば自動車のウインドシールドに当該構造を適用することによって、ワイパーの不要なウインドシールドの実現が可能になる。
【実施例】
【００３２】
以下に、本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００３３】
（実施例１）
市販の電子線描画装置を用いて、開口径１００ｎｍ、深さ２００ｎｍの円錐状凹部が１００ｎｍの間隔に六方最密配列した金型を作製した。この金型に紫外線硬化アクリル樹脂（屈折率：１．５０）を流し込み、基材であるアクリルを押し当てて、紫外線を照射することによって、底面径Ｄ＝１００ｎｍ、高さＨ＝２００ｎｍの円錐状微細突起１ａが頂点間距離Ｐ＝１００ｎｍに六方最密配列された撥水性凹凸構造をその両面に備えた基材１を得た。
【００３４】
次に、この基材の凹凸表面に、スパッタリングによってアルミニウム（抵抗率：２．６５×１０−６Ω・ｃｍ）を１０ｎｍの厚さに成膜して導電層２とした。さらに、この導電層２の表面にパーフルオロアルキルシランを蒸着させて、撥水層３を形成し、本例の帯電防止撥水構造体を得た。
なお、アルミニウムから成る導電層２とパーフルオロアルキルシランから成る撥水層３の間には、アルミニウムの表面酸化による酸化アルミニウムとパーフルオロアルキルシランのシラノールが縮合したシロキサン結合が形成される。
【００３５】
このようにして得られた帯電防止撥水構造体について、下記の要領によって、水付着性及び耐摩耗性について評価し、その結果を表１に示す。
【００３６】
（実施例２）
上記実施例１と同様の金型を用いて、底面径Ｄ＝１００ｎｍ、高さＨ＝２００ｎｍの円錐状微細突起１ａが頂点間距離Ｐ＝１００ｎｍに六方最密配列された撥水性凹凸構造を両面に備えた基材１を得た。
次いで、アルミニウムの代わりに、ニオブ（抵抗率：１７．０×１０−６Ω・ｃｍ）を５ｎｍの厚さに成膜して導電層２としたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の帯電防止撥水構造体を得た。
【００３７】
そして、このようにして得られた帯電防止撥水構造体について、上記実施例１と同様の性能評価を行い、その結果を表１に併せて示す。
【００３８】
（実施例３）
市販の電子線描画装置を用いて、開口径３００ｎｍ、深さ６００ｎｍの円錐状凹部が３００ｎｍの間隔に六方最密配列した金型を作製した。この金型に同様の紫外線硬化アクリル樹脂を流し込み、基材であるアクリルを押し当て、紫外線を照射することによって、底面径Ｄ＝３００ｎｍ、高さＨ＝６００ｎｍの円錐状微細突起１ａが頂点間距離Ｐ＝３００ｎｍに六方最密配列された撥水性凹凸構造をその両面に備えた基材１を得た。
次に、アルミニウム（抵抗率：２．６５×１０−６Ω・ｃｍ）を２０ｎｍの厚さに成膜して導電層２とたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の帯電防止撥水構造体を得た。
【００３９】
そして、このようにして得られた帯電防止撥水構造体について、上記実施例１と同様の性能評価を行い、その結果を表１に併せて示す。
【００４０】
（実施例４）
市販の電子線描画装置を用いて、開口径３５０ｎｍ、深さ６００ｎｍの円錐状凹部が３５０ｎｍの間隔に六方最密配列した金型を作製した。この金型に同様の紫外線硬化アクリル樹脂を流し込み、基材であるアクリルを押し当てて、紫外線を照射することにより、底面径Ｄ＝３５０ｎｍ、高さＨ＝６００ｎｍの円錐状微細突起１ａが頂点間距離Ｐ＝３５０ｎｍに六方最密配列された撥水性凹凸構造を両面に備えた基材１を得た。
次いで、アルミニウムに替えて、チタン（抵抗率：４２．０×１０−６Ω・ｃｍ）を１５ｎｍの厚さに成膜して導電層２としたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の帯電防止撥水構造体を得た。
【００４１】
そして、このようにして得られた帯電防止撥水構造体について、上記実施例１と同様の性能評価を行い、その結果を表１に併せて示す。
【００４２】
（比較例１）
上記実施例１と同様の金型を用いて、同様の撥水性凹凸構造（底面径Ｄ＝１００ｎｍ、高さＨ＝２００ｎｍ、頂点間距離Ｐ＝１００ｎｍ）を両面に備えた基材１に導電層を形成することなく、酸化ケイ素を５ｎｍの厚さに成膜した密着層の上に、パーフルオロアルキルシランを同様に蒸着させて、撥水層３を形成した。
そして、このようにして得られた構造体について、同様の性能評価を行い、その結果を表１に併せて示す。
【００４３】
〔性能評価方法〕
（１）水付着性
上記各実施例及び比較例によって得られた各構造体について、ＪＩＳ  Ｌ  １０９２に規定された方法に基づき、スプレーテスタ（東洋精器製）を用いて、以下の基準によって撥水度を３段階評価した。
○：全く水滴が付着しない
△：１０個以上３０個未満の水滴が付着する
×：３０個以上の水滴が付着する
【００４４】
（２）耐摩耗性
上記各実施例及び比較例によって得られた各構造体について、トラバース式摩耗試験機を用い、キャンバス布（ＪＩＳ  Ｌ  ３１０２）から成る摩擦布によって、荷重９．８ｋＰａ、ストローク長１００ｍｍ、摩擦速度３０往復／分の条件のもとに、２００回往復払拭作動させた。そして、目視にて各構造体の払拭表面を観察し、傷付きがない場合を○とした。
【００４５】
【表１】
2010188582.tif 000003
【符号の説明】
【００４６】
１  基材
１ａ  錐体状突起
２  導電層
３  撥水層
【図１】
2010188582.tif 000004
【図２】
2010188582.tif 000005