(57)【要約】【課題】フッ素イオンを注入した材料の表面が親水性を有する金属材料および生体インプラントを提供することである。【解決手段】材料の表面１１にフッ素イオンが注入されているとともに、材料の表面１１が親水性を有する、金属材料１であり、金属材料１からなる、生体インプラントである。材料の表面１１に対する水の接触角が、８０°以下である。材料の表面１１におけるフッ素原子濃度が、４．３×１０19〜１．７×１０21原子／ｃｍ3である。金属材料１は、材料の表面１１から深さ方向Ａに厚さ３０〜８００ｎｍのフッ素イオン注入層２を備える。【選択図】図１
2018003130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の表面にフッ素イオンが注入されているとともに、前記材料の表面が親水性を有する、金属材料。
【請求項２】
前記材料の表面に対する水の接触角が、８０°以下である、請求項１に記載の金属材料。
【請求項３】
前記接触角が、６０°以下である、請求項２に記載の金属材料。
【請求項４】
前記材料の表面におけるフッ素原子濃度が、４．３×１０19〜１．７×１０21原子／ｃｍ3である、請求項１〜３のいずれかに記載の金属材料。
【請求項５】
前記材料の表面から深さ方向に厚さ３０〜８００ｎｍのフッ素イオン注入層を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の金属材料。
【請求項６】
前記フッ素イオン注入層が、ＣｒＦ、ＣｒＦ2、ＣｒＦ3およびＣｒＦ4のうち少なくとも１つを含む、請求項５に記載の金属材料。
【請求項７】
金属と、
前記金属の表面に積層されている酸化被膜層と、を備え、
前記材料の表面が、前記酸化被膜層の表面からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の金属材料。
【請求項８】
前記酸化被膜層の厚さが、２ｎｍ以上である、請求項７に記載の金属材料。
【請求項９】
前記材料の表面から深さ方向にフッ素イオン注入層を備え、
前記フッ素イオン注入層の厚さが、前記酸化被膜層の厚さよりも大きい、請求項７または８に記載の金属材料。
【請求項１０】
金属材料を構成する金属が、ステンレス鋼またはコバルト−クロム−モリブデン合金からなる、請求項１〜９のいずれかに記載の金属材料。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の金属材料からなる、生体インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料および生体インプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料の表面に種々のイオンを注入することで材料の表面に新たな機能を付与する表面改質について様々な研究が行われており、工業的にも実用化されている。例えば、表面にフッ素イオンを注入した金属材料が知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。非特許文献１には、チタンの表面にフッ素イオンを注入すると、その表面の生菌数が減少することが報告されている。したがって、金属材料の表面にフッ素イオンを注入すると、その表面に抗菌性を付与できることが期待される。
【０００３】
一方、材料の表面を親水性にすることで得られる効果として、水環境におけるセルフクリーニング効果、水環境における流体膜の形成による摩擦摩耗低減効果などが挙げられる。したがって、上述したフッ素イオンを注入した金属材料の表面を親水性にできれば、表面に抗菌性を促進させる防汚性や、耐摩耗性なども付与することができ、生体インプラントなどを含む様々な分野に応用可能な抗菌性材料になると考えられる。
【０００４】
しかし、材料の表面にフッ素イオンを注入すると、通常、生成するフッ化物の特性によって表面が疎水性に変化するため、フッ素イオンを注入した金属材料において、その表面が親水性を有するものは知られていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５６８３９６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M.Yoshinari, Y.Oda, T.Kato, K.Okuda, 「Influence of surface modifications to titanium on antibacterial activity in vitro」, Biomaterials, 2001, 22, p. 2043-2048
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、フッ素イオンを注入した材料の表面が親水性を有する金属材料および生体インプラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）材料の表面にフッ素イオンが注入されているとともに、前記材料の表面が親水性を有する、金属材料。
（２）前記材料の表面に対する水の接触角が、８０°以下である、前記（１）に記載の金属材料。
（３）前記接触角が、６０°以下である、前記（２）に記載の金属材料。
（４）前記材料の表面におけるフッ素原子濃度が、４．３×１０19〜１．７×１０21原子／ｃｍ3である、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の金属材料。
（５）前記材料の表面から深さ方向に厚さ３０〜８００ｎｍのフッ素イオン注入層を備える、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の金属材料。
（６）前記フッ素イオン注入層が、ＣｒＦ、ＣｒＦ2、ＣｒＦ3およびＣｒＦ4のうち少なくとも１つを含む、前記（５）に記載の金属材料。
（７）金属と、前記金属の表面に積層されている酸化被膜層と、を備え、前記材料の表面が、前記酸化被膜層の表面からなる、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の金属材料。
（８）前記酸化被膜層の厚さが、２ｎｍ以上である、前記（７）に記載の金属材料。
（９）前記材料の表面から深さ方向にフッ素イオン注入層を備え、前記フッ素イオン注入層の厚さが、前記酸化被膜層の厚さよりも大きい、前記（７）または（８）に記載の金属材料。
（１０）金属材料を構成する金属が、ステンレス鋼またはコバルト−クロム−モリブデン合金からなる、前記（１）〜（９）のいずれかに記載の金属材料。
（１１）前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の金属材料からなる、生体インプラント。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、材料の表面にフッ素イオンが注入されているとともに、材料の表面が親水性を有することから、材料の表面に抗菌性に加えて親水性に起因する防汚性および水環境における耐摩耗性（潤滑性）などをさらに付与することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属材料を示す部分拡大概略断面説明図である。
【図２】実施例における水中での動摩擦係数（Ｓｔｕｄｅｎｔ’ｓ  ｔ−ｔｅｓｔ）の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る金属材料について、図１を参照して詳細に説明する。
図１に示す本実施形態の金属材料１は、材料の表面１１にフッ素イオン（Ｆ+）が注入されているとともに、材料の表面１１が親水性を有する。言い換えれば、本実施形態の金属材料１は、材料の表面１１から深さ方向Ａにフッ素イオン注入層２を備えているとともに、材料の表面１１が親水性を有する。このような構成によれば、材料の表面１１にフッ素イオンの注入による抗菌性に加えて親水性に起因する防汚性および水環境における耐摩耗性などをさらに付与することができる。注入とは、対象の原子をイオン化し、エネルギーを加えることで、他の物体に物理的に侵入させることを意味するものとする。以下、本実施形態の金属材料１について、具体的に説明する。
【００１２】
材料の表面１１に対する水の接触角は、好ましくは８０°以下、より好ましくは６０°以下、さらに好ましくは５５°以下である。このような構成によれば、材料の表面１１が水に対して高い濡れ性を発揮することから、材料の表面１１が親水性を有するようになる。上述した水の接触角は、静的接触角であり、後述する実施例に記載のとおり、ＩＳＯ  １５９８９を参考にして測定される値である。なお、水の接触角の下限値は、特に限定されるものではない。
【００１３】
材料の表面１１に対する水の接触角を上述した特定の値にするには、例えば、材料の表面１１におけるフッ素原子濃度などを調整すればよい。材料の表面１１におけるフッ素原子濃度は、好ましくは４．３×１０19〜１．７×１０21原子／ｃｍ3（ａｔｏｍ／ｃｍ3）、より好ましくは１．２×１０20〜１．４×１０21原子／ｃｍ3、さらに好ましくは３．１×１０20〜１．１×１０21原子／ｃｍ3である。言い換えれば、材料の表面１１におけるフッ素原子濃度は、好ましくは０．０５〜２．０原子％（ａｔｏｍ％）、より好ましくは０．１〜１．６原子％、さらに好ましくは０．４〜１．３原子％である。このような構成によれば、材料の表面１１に抗菌性を付与することができるとともに、水に対する接触角が上述した特定の値になりやすく、フッ素イオンを注入した材料の表面１１が親水性を有するようになる傾向がある。この理由としては、以下のような理由が推察される。
【００１４】
すなわち、材料の表面１１にフッ素イオンを注入すると、以下に示すような２つの効果が同時に発生すると考えられる。
（Ｉ）高い電気陰性度によって母結晶の電荷に偏りが生じる効果
（II）フッ化物が形成されることによる疎水的効果
【００１５】
上述した２つの効果のうち、（Ｉ）の母結晶の電荷に偏りが生じる効果は、次のような効果である。材料の表面１１にフッ素イオンを注入するとき、まず、フッ素（Ｆ）が高周波電源によってＦ+にプラズマ化される。Ｆ+は、印加電圧によって加速されて金属材料１に注入される。その結果、結晶格子中にＦ+が侵入する。Ｆは、電気陰性度が全元素中最大であり、安定イオンはＦ-である。それゆえ、Ｆ+は侵入した結晶格子中でｅ-を奪おうとする。Ｆ+にｅ-を奪われることで母結晶の電荷に偏りが生じる。その結果、極性溶媒である水との親和性が向上する。
【００１６】
ここで、フッ素イオンを注入した従来の金属材料では、フッ素イオンの注入量が多く、材料の表面に多くのフッ化物が形成されて、材料の表面が疎水性になっていると考えられる。フッ素イオンの注入量を比較的少なくすると、材料の表面１１におけるフッ素原子濃度が上述した数値範囲内になる。また、フッ素原子濃度は、通常、材料の表面１１から数ｎｍ内部にピークが存在する。したがって、フッ素イオンの注入量を比較的少なくして材料の表面１１におけるフッ素原子濃度を上述した数値範囲内にすれば、材料の表面１１に形成されるフッ化物の濃度を低くすることができる。その結果、材料の表面１１において、フッ化物が形成されることによる疎水的効果よりも、フッ素イオンの侵入による母結晶の電荷に偏りが生じる効果が主として発揮されるようになり、材料の表面１１が親水性を有するようになると推察される。
【００１７】
上述したフッ素原子濃度は、後述する実施例に記載のとおり、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：以下、「ＳＩＭＳ」と言うことがある。）によって測定される値である。
【００１８】
本実施形態の金属材料１は、上述のとおり、材料の表面１１から深さ方向Ａにフッ素イオン注入層２を備えている。フッ素イオン注入層２は、材料の表面１１にフッ素イオンが注入されることによって形成される層であり、フッ素原子濃度が１ｐｐｍ以上の層である。フッ素イオン注入層２におけるフッ素原子濃度は、通常、材料の表面１１から数ｎｍ内部でピークに達した後、徐々に低くなる。
【００１９】
フッ素イオン注入層２は、フッ素と、後述する金属３の構成元素とのフッ化物を含む層である。フッ化物としては、例えば、ＣｏＦ2（フッ化コバルト（II））、ＣｏＦ3（フッ化コバルト（III））、ＣｏＦ4（フッ化コバルト（IV））、ＣｒＦ（フッ化クロム（Ｉ））、ＣｒＦ2（フッ化クロム（II））、ＣｒＦ3（フッ化クロム（III））、ＣｒＦ4（フッ化クロム（IV））、ＭｏＦ4（フッ化モリブデン（IV））、ＭｏＦ6（フッ化モリブデン（VI））、ＦｅＦ2（フッ化鉄（II））、ＦｅＦ3（フッ化鉄（III））、ＮｉＦ2（フッ化ニッケル（II））などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。フッ素イオン注入層２は、ＣｒＦ、ＣｒＦ2、ＣｒＦ3およびＣｒＦ4のうち少なくとも１つを含むのがよい。
【００２０】
一方、本実施形態の金属材料１は、金属３と、金属３の表面３１に積層されている酸化被膜層４と、をさらに備えている。そして、本実施形態の金属材料１は、上述した材料の表面１１が、酸化被膜層４の表面４１からなる。
【００２１】
金属材料１を構成する金属３としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、コバルト−クロム−モリブデン合金（ＣＣＭ合金）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２２】
金属３の表面３１に積層されている酸化被膜層４の組成としては、例えば、クロム酸化物などが挙げられる。クロム酸化物としては、例えば、Ｃｒ2Ｏ3（酸化クロム（III））などが挙げられる。
【００２３】
ここで、本実施形態では、上述したフッ素イオン注入層２の厚さＤ１が、酸化被膜層４の厚さＤ２よりも大きい。このような構成によれば、フッ素イオンの注入によって材料の表面１１が親水性を有するようになる効果、すなわち親水化効果を最大限に発揮させることが可能となる。具体的に説明すると、金属材料１のうちフッ素イオン注入層２が存在している領域には、酸化被膜層４および金属３も存在している。言い換えれば、金属材料１のうちフッ素イオン注入層２と共存している酸化被膜層４および金属３には、フッ素イオンが注入されている。ところで、金属３にフッ素イオンが注入されていても、金属３は、通常、導電性を有するので、自由電子が十分に供給されることから、金属３に電荷の偏りは生じにくいと考えられる。これに対し、酸化被膜層４は、通常、半導体であるため、フッ素イオンによる電荷の偏りが金属３よりも生じやすいと考えられる。したがって、酸化被膜層４の全てにフッ素イオンが注入されると、電荷の偏りが大きくなって、より親水的になると考えられる。フッ素イオン注入層２の厚さＤ１が、酸化被膜層４の厚さＤ２よりも大きいときは、酸化被膜層４の全てにフッ素イオンが注入されことから、フッ素イオンの注入による親水化効果を最大限に発揮させることが可能となる。
【００２４】
フッ素イオン注入層２の厚さＤ１は、好ましくは３０〜８００ｎｍである。このような構成によれば、フッ素イオン注入層２の厚さＤ１が酸化被膜層４の厚さＤ２よりも大きくなりやすく、酸化被膜層４の全てにフッ素イオンを注入しやすくなる。フッ素イオン注入層２の厚さＤ１の測定方法としては、例えば、金属材料１のうちフッ素原子濃度が１ｐｐｍ以上の部位をフッ素イオン注入層２と判定し、その厚さを測定する方法などが挙げられる。
【００２５】
酸化被膜層４の厚さＤ２は、好ましくは２ｎｍ以上である。このような構成によれば、次のような効果が得られる。すなわち、金属材料１において酸化被膜層４の厚さＤ２は、親水性に寄与する帯電化層の厚さと一致すると考えられるため、酸化被膜層４の厚さＤ２があまり小さいと親水化効果が十分に発揮されないおそれがある。酸化被膜層４の厚さＤ２が２ｎｍ以上であれば、親水化効果の発揮に必要な厚さを酸化被膜層４が有するようになる。
【００２６】
また、酸化被膜層４の厚さＤ２を酸化処理により１０ｎｍ以上とすれば、材料の表面１１を様々な色調に発色させることが可能となる。具体例を挙げると、金属３がステンレス鋼またはコバルト−クロム−モリブデン合金であるとき、クロム酸化物からなる酸化被膜層の厚さを以下の通りにすることで材料の表面１１を様々な色調に発色させることが可能となる。
酸化被膜層４の厚さＤ２が１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下：グレー
酸化被膜層４の厚さＤ２が７０ｎｍを超え９０ｎｍ以下：パープル
酸化被膜層４の厚さＤ２が９０ｎｍを超え１００ｎｍ以下：ブルー
酸化被膜層４の厚さＤ２が１００ｎｍを超え１２０ｎｍ以下：グリーン
酸化被膜層４の厚さＤ２が１２０ｎｍを超え１３０ｎｍ以下：イエロー
酸化被膜層４の厚さＤ２が１３０ｎｍを超え１６０ｎｍ以下：レッド
【００２７】
上述した色調を利用すれば、例えば、金属材料１を生体インプラントの材料として使用したとき、生体インプラントの表面を様々な色調に発色させて目視で生体インプラントの種類を判別することが可能となり、生体インプラントの取り違えを抑制することができる。また、上述した色調を利用すれば、酸化被膜層４の厚さＤ２を簡単に判定することもできる。なお、酸化被膜層４の厚さＤ２は、色調から判定する他、例えば、金属材料１の断面を顕微鏡観察することによっても測定することができる。酸化被膜層４の厚さＤ２は、フッ素イオン注入層２の厚さＤ１よりも小さい値を上限値とするのがよい。
【００２８】
酸化被膜層４を金属３の表面３１に積層するには、例えば、金属３に酸化処理を施せばよい。酸化処理としては、例えば、自然酸化、陽極酸化、大気熱処理、酸素プラズマ処理、酸処理、アルカリ処理、レーザー照射処理などが挙げられる。酸処理としては、例えば、酸溶液浸漬などが挙げられる。アルカリ処理としては、例えば、アルカリ溶液浸漬などが挙げられる。
【００２９】
例示した酸化処理のうち自然酸化、陽極酸化、大気熱処理、酸素プラズマ処理および酸処理と、積層される酸化被膜層４の厚さＤ２は、以下のような関係になる傾向がある。
（酸化被膜層４の厚さＤ２）
自然酸化：２〜５ｎｍ
陽極酸化：１０ｎｍ〜２０μｍ
大気熱処理：１０ｎｍ〜２０μｍ
酸素プラズマ処理：１０ｎｍ〜２０μｍ
酸処理：１０〜６００ｎｍ
【００３０】
上述した酸化処理により積層された酸化被膜層４が多孔質である場合には、その空孔に種々の化学物質を担持させることによって、金属材料１に様々な機能を付与することができる。すなわち、本実施形態の金属材料１は、上述のとおり、材料の表面１１にフッ素イオンの注入による抗菌性に加えて親水性に起因する防汚性および水環境における耐摩耗性などをさらに付与することができるが、多孔質の酸化被膜層４に化学物質を担持させることによって、化学物質に由来する機能も同時に付与することが可能である。例えば、コバルト−クロム−モリブデン合金を大気熱処理により酸化処理すると、酸化被膜４を多孔質にすることができる。そして、材料の表面１１である多孔質の酸化被膜層４の表面４１にフッ素イオンを注入し、さらに骨形成因子を含浸により担持させると、親水性を有する材料の表面１１に、抗菌性に加えて骨形成促進効果をさらに付与することができる。
【００３１】
酸化被膜層４をより安定化させるため、酸化被膜層４に対して、例えば、パッシベーション処理を行ってもよい。パッシベーション処理としては、例えば、硝酸などの強力な酸化剤を含む溶液に金属材料１を浸漬する、酸化剤を含む溶液中で金属材料１をアノード分極する、酸素中で金属材料１を低温熱処理するなどの方法が挙げられる。
【００３２】
上述した本実施形態の金属材料１は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、金属３の表面３１に酸化被膜層４を積層する。次に、必要に応じて洗浄を行う。洗浄は、例えば、有機溶剤などを使用して行うことができる。有機溶剤としては、例えば、エタノール、アセトンなどが挙げられる。例示した有機溶剤は、１種のみを使用してもよいし、併用してもよい。洗浄は、超音波をかけて行うこともできる。洗浄後は、例えば、デシケーター内で真空乾燥すればよい。
【００３３】
次に、材料の表面１１である酸化被膜層４の表面４１にフッ素イオンを注入し、金属材料１を得る。フッ素イオンの注入条件としては、例えば、以下の条件が挙げられる。
注入エネルギー：１〜３０ｋｅＶ
注入ドーズ：１×１０15〜５×１０17ｃｍ-2
【００３４】
上述した本実施形態の金属材料１は、例えば、歯科矯正ワイヤー、入れ歯の金具などの材料として使用することができる。また、金属材料１は、例えば、脊椎デバイス、ステントなどの生体インプラントの材料としても使用することができる。これらの部材に金属材料１を使用すると、その表面が金属材料１に由来する抗菌性、防汚性（セルフクリーニング効果）などを有することから、細菌の増殖を抑制することができ、清潔な状態を簡単に保つことができる。
【００３５】
金属材料１は、上述した歯科矯正ワイヤーなどの材料に限定されるものではなく、他の部材の材料としても使用することができる。他の部材としては、例えば、メガネのフレーム、携帯可能であってもよい食器類、水筒の飲み口、包丁、金属材料１の粉末を樹脂に練り込んだ成形品、自動調理器具、トイレ、ウォシュレット（登録商標）、蛇口、手術器具、注射針などが挙げられる。これらの部材に金属材料１を使用すると、上述した歯科矯正ワイヤーなどと同様に、細菌の増殖を抑制することができ、清潔な状態を簡単に保つことができる。
【００３６】
金属材料１を使用することができるさらに他の部材としては、例えば、摺動部材を備える生体インプラントなどが挙げられる。このような生体インプラントとしては、例えば、股関節、膝関節、足関節、肘関節などの人工関節が挙げられる。摺動部材の具体例としては、例えば、人工骨頭などが挙げられる。摺動部材を備える生体インプラントに金属材料１を使用すると、その表面が金属材料１に由来する抗菌性、防汚性、耐摩耗性などを有することから、清浄を維持しつつ摩耗するのを抑制することができる。同様の効果は、例えば、食品を流すライン、カテーテルの先端などの他、上述した自動調理器具などが備える回転軸、注射針などに金属材料１を使用したときにも得られる。なお、金属材料１を使用することができる部材は、例示した部材に限定されるものではない。
【００３７】
以上、本発明に係る好ましい実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。
【００３８】
例えば、上述した実施形態では、金属材料１が酸化被膜層４を備えているが、これに代えて、金属材料１が酸化被膜層４を備えていない構成にすることができる。この場合の金属材料１における材料の表面１１は、金属３の表面３１からなる。
【００３９】
また、上述した実施形態では、イオン注入によってフッ素イオン注入層２を形成しているが、これに代えて、イオン注入以外の他の処理方法によってフッ素イオン注入層２を形成することができる。
【００４０】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４１】
＜金属材料の作製＞
まず、以下に示す試験片を用意した。なお、以下の試験片における酸化被膜層の厚さは、断面の顕微鏡観察から判定した値である。
（試験片）
金属：ＡＳＴＭ  Ｆ７９９組成からなる厚さ３ｍｍのコバルト−クロム−モリブデン合金
酸化被膜層：自然酸化によって金属の表面に積層されている厚さ２〜５ｎｍ（色調：グレー）のクロム酸化物を主な成分とする酸化被膜層
【００４２】
上述した試験片を、直径１４ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状に成形した後、エタノールおよびアセトンで超音波洗浄を行い、デシケーター内で真空乾燥した。
【００４３】
そして、試験片の表面にフッ素イオンを注入した。フッ素イオンの注入は、日新イオン機器社製のイオン注入装置「ＳＲ−２０」を使用して行った。フッ素イオンの注入条件は、以下のとおりである。
注入エネルギー：１０ｋｅＶ
注入ドーズ：５×１０15ｃｍ-2
【００４４】
フッ素イオンを注入した試験片に対してエタノールおよびアセトンで超音波洗浄を行い、デシケーター内で真空乾燥して金属材料を得た。
【００４５】
［比較例］
＜金属材料の作製＞
試験片の表面にフッ素イオンを注入しなかった以外は、上述した実施例と同様にして金属材料を得た。
【００４６】
＜評価＞
得られた金属材料について、材料の表面に対する水の接触角および水中での動摩擦係数を測定した。各測定方法は、以下のとおりである。
【００４７】
（材料の表面に対する水の接触角の測定方法）
材料の表面に対する水の接触角を以下の条件で測定した。
測定装置：協和界面科学社製の表面接触角測定装置「Ｄｒｏｐ  Ｍａｓｔｅｒ  ＤＭ３００」
規格：ＩＳＯ  １５９８９
溶液：超純水
液滴量：１μｌ
保持時間：６０秒
その他：実施例はｎ＝２１、比較例はｎ＝９でそれぞれ測定を行い、平均値±標準偏差を算出した。その結果を表１中の「水の接触角」の欄に示す。
【００４８】
（水中での動摩擦係数の測定方法）
水中に円柱状の架橋ポリエチレンを固定し、この架橋ポリエチレンに対して金属材料を水中で往復摺動させたときの動摩擦係数を測定した。測定条件は、以下のとおりである。
測定装置：新東科学社製の動摩擦係数測定装置「Ｔｒｉｂｏｓｔａｔｉｏｎ」
溶液：超純水
液温：２４℃
摺動速度：３０００ｍｍ／分
往復距離：２５ｍｍ
往復回数：１００回
垂直荷重：１００ｇ
その他：実施例はｎ＝７、比較例はｎ＝３でそれぞれ測定を行い、平均値±標準偏差を算出した。その結果を表１および図２に示す。
【００４９】
【表１】
2018003130.tif 000003
【００５０】
表１から明らかなように、材料の表面にフッ素イオンを注入した実施例は、フッ素イオンを注入しなかった比較例よりも、水の接触角が著しく小さい結果を示した。この結果は、実施例では、材料の表面にフッ素イオンを注入したにも関わらず、比較例よりも親水性が向上しており、フッ素イオンを注入した材料の表面が親水性を有することを示している。また、表１および図２から明らかなように、実施例は、比較例よりも水中での動摩擦係数が小さい結果を示したことから、親水性に起因する水環境における耐摩耗性も材料の表面に付与できていることがわかる。さらに、実施例では、材料の表面にフッ素イオンを注入したことから、抗菌性も材料の表面に付与されていると期待できる。
【００５１】
実施例について、材料の表面におけるフッ素原子濃度をＳＩＭＳによって測定した。測定条件は、以下のとおりである。
分析装置：ＵＬＶＡＣ−ＰＨＩ  Ｉｎｃ．，  ＪＡＰＡＮ製の二次イオン質量分析装置「ＡＤＥＰＴ−１０１０」
一次イオン種：Ｃｓ+
二次イオン極性：Ｎｅｇａｔｉｖｅ
加速電圧：２ｋＶ
ビーム電流：５０ｎＡ
中和銃：未使用
ラスターサイズ：４００μｍ
【００５２】
ＳＩＭＳによる測定の結果、材料の表面におけるフッ素原子濃度は、２．６×１０20原子／ｃｍ3（約０．３原子％）であった。また、材料の表面から深さ方向に厚さ約４０ｎｍのフッ素イオン注入層が確認された。フッ素イオン注入層の最大濃度は、８．６×１０20原子／ｃｍ3（約１原子％）であった。
【符号の説明】
【００５３】
１  金属材料
１１  材料の表面
２  フッ素イオン注入層
３  金属
３１  金属の表面
４  酸化被膜層
４１  酸化被膜層の表面
Ａ  深さ方向
Ｄ１  フッ素イオン注入層の厚さ
Ｄ２  酸化被膜層の厚さ
【図１】
2018003130.tif 000004
【図２】
2018003130.tif 000005