(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の角度以上で傾斜する傾斜構造物表面の撥水構造であって、
先端が尖った形状からなる尖状突起が所定間隔で形成されているとともに、この尖状突起には、前記尖状突起の頂部から谷に向けて徐々に浅くなる複数の溝が水噴霧粒子の粒径より大きな１００μｍを超える所定の間隔で形成されており、
且つ、前記尖状突起の谷同士が、線対称にジグザグに折れ曲がって連なっているとともに、この谷の折れ曲がった部分に左右等角度で交差する別の谷が形成されていること
を特徴とする傾斜構造物表面の撥水構造。
【請求項２】
前記尖状突起は、前記溝を除く概形が、断面の頂角の角度が４５度以下の鋭角な二等辺三角形からなる山形の突起であること
を特徴とする請求項１に記載の傾斜構造物表面の撥水構造。
【請求項３】
前記尖状突起は、幅と高さの比が、√２：√３となっていること
を特徴とする請求項２に記載の傾斜構造物表面の撥水構造。
【請求項４】
前記溝は、断面がＶ字状に形成されたＶ字溝であること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の傾斜構造物表面の撥水構造。
【請求項５】
前記Ｖ字溝は、溝により切り欠かれた断面が正三角形となっていること
を特徴とする請求項４に記載の傾斜構造物表面の撥水構造。
【請求項６】
樹脂、金属、セラミックスなどの耐水性を有する素材からなり、前記傾斜構造物に取り付けられ、請求項１ないし５のいずれかに記載の傾斜構造物表面の撥水構造を備えること
を特徴とする撥水成形品。
【請求項７】
プレート状又はシート状に成形されていること
を特徴とする請求項６に記載の撥水成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形容易で耐候性、他摩耗性があり、且つ、水滴の付着を防止することのできる撥水構造に関し、より詳しくは、水滴より大きな間隔で設けられた尖状突起を備えた傾斜構造物表面の撥水構造、及び、その撥水構造を備えた撥水成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズやウィンドパネル等の構造物の表面に、微細な凹凸を形成することにより、撥水性が得られることが知られている。例えば、特許文献１には、傷がつきにくく、生産性が高く、形成条件が温和であり、凹凸を有する層の肉厚を厚くすることが可能な周期微細凹凸を有する反射防止面付光学素子、反射防止面付光学素子を持つ光学系が提案されている（特許文献１の特許請求の範囲の請求項１，４、明細書の段落［００２１］〜［００４２］、図面の図１〜図３．Ａ等参照）。
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の反射防止面付光学素子は、撥水性についての言及があるものの、基本的には、反射防止のための構造である上、水滴（例えば、水噴霧粒子の一般的な粒径１０〜１００μｍ）より小さなナノレベルの発明である。このため、微細凹凸の形成方法としても、電子線描画やレーザー干渉法によりレジストパターンを形成して、原子線、イオンビームなどによりエッチングするなどの方法で、型基材に逆の周期微細凹凸を形成させる方法や、ガラスなどの基材の表面に所定の周期微細凹凸を形成させて第１型を作製した後、これにニッケル等の金属メッキを行ってメッキ層を形成した後に、メッキ層を剥がしてこのメッキ層による量産用の金型（第２型）とする電鋳法などの特殊で高価な装置を必要とする方法でしか形成することができないという問題があった。
【０００４】
また、特許文献２には、水との接触角が９０°以上の材料から成る表面を備えた無数の微細錐状突起１の間に、所定の間隔を置いて、この微細突起１よりも高さのある突起２を壁状に形成する撥水構造、及びその撥水構造を有機材料又は有機無機ハイブリット材料により形成した撥水成形品が開示されている（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１，６、明細書の段落［００１１］〜［００３４］、図面の図１，図２参照）。
【０００５】
しかし、特許文献２の撥水構造は、水との接触角が９０°以上の材料からなる必要がある上、特許文献１に記載の反射防止面付光学素子と同様に、水滴（例えば、水噴霧粒子の一般的な粒径１０〜１００μｍ）より小さな間隔で密集した錐状の微細突起からなるナノレベルの発明であり、ナノインプリント法などの特殊で高価な装置を必要とする方法でしか形成することができないという問題があった。また、微細突起１よりも高さのある突起２を壁状に形成して、布による拭き取りなどによって撥水性が容易に劣化することのない耐摩耗性を持たせるようにしたのも、水滴より小さな間隔で設けられた極小さな微細突起を水との接触角が９０°以上の材料から形成しているからと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１５３８号公報
【特許文献２】特開２００９−２８９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題を鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、水噴霧粒子の粒径より大きな間隔で設けられた溝や突起により撥水性を実現することにより耐候性、耐摩耗性などの耐久性を向上させて、修繕や改修等をすることなく撥水効果を持続することができる傾斜構造物表面の撥水構造、及び、及びその撥水構造を備えた撥水成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の傾斜構造物表面の撥水構造は、所定の角度以上で傾斜する傾斜構造物表面の撥水構造であって、先端が尖った形状からなる尖状突起が所定間隔で形成されているとともに、この尖状突起には、前記尖状突起の頂部から谷に向けて徐々に浅くなる複数の溝が水噴霧粒子の粒径より大きな１００μｍを超える所定の間隔で形成されており、且つ、前記尖状突起の谷同士が、線対称にジグザグに折れ曲がって連なっているとともに、この谷の折れ曲がった部分に左右等角度で交差する別の谷が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の傾斜構造物表面の撥水構造は、請求項１に記載の傾斜構造物表面の撥水構造において、前記尖状突起は、前記溝を除く概形が、断面の頂角の角度が４５度以下の鋭角な二等辺三角形からなる山形の突起であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の傾斜構造物表面の撥水構造は、請求項２に記載の傾斜構造物表面の撥水構造において、前記尖状突起は、幅と高さの比が、√２：√３となっていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の傾斜構造物表面の撥水構造は、請求項１ないし３のいずれかに記載の傾斜構造物表面の撥水構造において、前記溝は、断面がＶ字状に形成されたＶ字溝であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の傾斜構造物表面の撥水構造は、請求項４に記載の傾斜構造物表面の撥水構造において、前記Ｖ字溝は、溝により切り欠かれた断面が正三角形となっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の撥水成形品は、樹脂、金属、セラミックスなどの耐水性を有する素材からなり、前記傾斜構造物に取り付けられ、請求項１ないし５のいずれかに記載の傾斜構造物表面の撥水構造を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の撥水成形品は、請求項６に記載の撥水成形品において、プレート状又はシート状に成形されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜７に係る発明によれば、傾斜と山と谷の周期配列により構造物の表面に付着した水滴を任意の方向に誘導して構造物の表面を常に乾いた状態に保つことができる。また、水噴霧粒子の粒径より大きな間隔で設けられた溝や突起により撥水性を実現しているので、ナノレベルの微細突起と相違して、摩耗や紫外線などの影響に強く、耐候性、耐摩耗性などの耐久性を向上させて、修繕や改修等をすることなく撥水効果を持続することができる。また、切削加工や、プレス加工、鋳造（ダイキャスト含む）、転造など、確立された様々な従来の加工方法により撥水構造を実現できるため、汎用性が高く、様々な構造物の表面に適用することができ、適用範囲及び広範囲な用途に使用できる。その上、任意の二次元方向にいくらでも繰り返し配列して増設することが可能であり、設計の自由度、汎用性が極めて高い。
【００１６】
特に、請求項２に係る発明によれば、尖状突起の頂角の角度が４５度以下の鋭角な二等辺三角形からなるので、谷を形成する尖状突起の斜面の角度が深く、斜面同士が近接しているので、毛細管現象で水分を谷に沿って誘引し易く、さらに撥水効果が高くなる。
【００１７】
特に、請求項３に係る発明によれば、尖状突起の幅と高さの比が√２：√３となっているので、撥水構造の繰り返しパターンを構成し易く、計算及び設計が容易となる。
【００１８】
特に、請求項４及び５に係る発明によれば、Ｖ字溝により尖状突起の谷に水分を誘引することができるので、さらに、短時間で瞬時に撥水効果を発現することができる。
【００１９】
特に、請求項６及び７に係る発明によれば、構造物表面に貼り付けるなどして後付けするだけで、前述の撥水構造を得ることができ、さらに、汎用性と設計の自由度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る撥水成形品を示す斜視図である。
【図２】同上の撥水成形品を示す平面図（上面図）である。
【図３】同上の撥水成形品を示す側面図である。
【図４】図１の撥水成形品の尖状突起の概形を示す概略平面図である。
【図５】同上の撥水成形品のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図１の撥水成形品の尖状突起と谷の斜面の概形を示す概略部分拡大斜視図である。
【図７】同上の尖状突起の溝を示す斜視図である。
【図８】同上の溝を主に示す図１の部分拡大斜視図である。
【図９】尖状突起と谷の斜面に形成された溝を主に示す図１の部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る傾斜構造物表面の撥水構造及びその撥水構造を備えた成形品を実施するための一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１〜図９を用いて、本発明の実施形態に係る傾斜構造物表面の撥水構造について説明する。本実施形態に係る傾斜構造物表面の撥水構造として、プレート状の樹脂成形品の表面に所定形状の撥水構造を適用して傾斜構造物に後付けする撥水成形品を例示して説明する。なお、この傾斜構造物としては、建物などの建造物や歩道などの土木構造物のコンクリート構造物の躯体や木造など建造物の床板などが考えられる。
【００２３】
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る撥水成形品である成形プレート１は、幅２０ｍｍ×高さ２０ｍｍ×厚さ４．７３ｍｍであるポリ塩化ビニルなどの樹脂からなるプレート厚さが１．２７ｍｍのプレート状の成形品であり、図２に示すように、その表面には、中央で直角に折れ曲がって連なった山形の複数の尖状突起２と、これら尖状突起２の間に形成された直角に折れ曲がって連なった複数の直線状の谷３と、これらの谷３の折れ曲がり点である中央で、これらの谷３と左右等角度で交差する谷４と、尖状突起２に形成された溝５，６など、が形成されている。
【００２４】
（尖状突起）
先ず、図４〜図６を用いて、尖状突起２の概形について説明する。後述の溝５，６を除く尖状突起２の概形は、図５に示すように、傾斜角度αの斜面同士が稜線２０でぶつかる鉛直断面が２等辺三角形の山の高さが３．４６ｍｍの山脈状の突起であり、図４に示すように、平面視で左側の稜線２０は、右下がり４５度で傾斜し、右側の稜線２０は、右上がり４５度で傾斜するように、左右対称に中央線で９０度屈折する形状となっている。
【００２５】
この尖状突起２の斜面の傾斜角度は、６７．７９２度、タンジェント表記で、ｔａｎα＝２√３／√２であり、頂角βの角度が４４．４１６度程度となっている（図５等参照）。また、尖状突起２は、稜線２０（谷３）同士の間隔が水噴霧粒子の一般的な粒径（１０〜１００μｍ）より遙かに大きい２√２、山の高さ２√３、即ち、尖状突起２は、幅と高さの比が、√２：√３となっている。
【００２６】
勿論、本発明の尖状突起は、これらの値に限定されるものではなく、先端が尖った形状からなる尖状突起であればよい。但し、頂角の角度が４５度以下であれば、谷を形成する斜面同士の間隔が狭くなり、毛細管現象で水分を誘導し易くなるので好ましい。それに加え、尖状突起の幅と高さの比率が前述の比率であれば、図２等に示すように、４５度で傾斜する尖状突起２の稜線（頂部）と谷との端部に沿った距離や、稜線と稜線、谷と谷との端部に沿った距離、及び成形プレート１の一辺が、２ｍｍ、４ｍｍ、２０ｍｍといった区切りの良い正の整数となり、撥水構造の繰り返しパターンを傾斜構造物に貼着する際に、計算し易く、設計や見積り等が短時間ででき、省力化を図ることができる。
【００２７】
（谷）
谷３は、図４に示すように、前述の尖状突起２の稜線２０と平行であり、平面視で左側の谷３は、右下がり４５度で傾斜し、右側の谷３は、右上がり４５度で傾斜するように、左右対称に中央線で９０度屈折する形状となっている。
【００２８】
また、図４〜図６に示すように、この谷３と同一平面（同一高さ）において左右等角度（±４５度）で交差する谷４が中央と左右の両端に形成され、この谷４を境に図４の斜線で示す勾配角度が６０度の斜面が形成されており、尖状突起２がこの斜面で切り取られたようになっている（図３も参照）。
【００２９】
このため、成形プレート１が所定の角度以上で傾斜する傾斜構造物に貼着されて取り付けられ、谷４が所定角度で上下に傾斜することで、谷３に誘引された水分が、谷４に集められて、傾斜による重力で任意の方向に排水して成形プレート１の表面を撥水することができる。
【００３０】
この所定角度は、最低限１％の勾配、即ち、所定角度をθとした場合のｔａｎθ≧１／１００以上の角度の傾斜であることが必要であり、好ましくは、１度以上の角度で傾斜していることが推奨される。勾配の傾斜により谷４から成形プレート１の表面に接触・付着した水分を排出することができる。このため、谷４の傾斜により成形プレート１の表面に付着した水滴を谷４の傾斜方向に誘導・排出して成形プレート１の表面を常に乾いた状態に保つことができる。
【００３１】
（溝）
次に、図７〜図９を用いて、尖状突起２に形成された溝５，６について説明する。尖状突起２の谷３に面する斜面に形成された溝５は、図７、図８に示すように、前述の鉛直断面が２等辺三角形の山脈状の尖状突起２の概形から図７に示す三角錐５０を削り取った、断面がＶ字状に形成されたＶ字溝である。
【００３２】
この切り欠かれる三角錐５０は、図７に示すように、即ち、底面の三角形が０．５ｍｍの長さを一辺とする正三角形であり、Ｖ字溝５は、三角錐５０の底面となるこの正三角形が尖状突起２の稜線２０を通る鉛直断面上に、且つ、三角錐５０の尖端（先端）が谷３に位置するように、尖状突起２から三角錐５０が切り取られた形状となっている。勿論、Ｖ字溝５は、切り取られたものがこのような三角錐５０に限定されるものではなく、切り取られた鉛直断面の形状が鋭角な三角形であれば、本実施形態に係るＶ字溝５と同様に、毛細管現象により水分を谷３に誘導することができる。
【００３３】
Ｖ字溝５は、図７に示すように、尖状突起２の稜線２０に沿って、切り取られた三角錐５０が底面で隣接するよう水噴霧粒子の一般的な粒径（１０〜１００μｍ）より大きい０．５ｍｍ間隔で複数形成されており、最終的な尖状突起２の形状は、図８に示すように、尖状突起２の概形である稜線２０に沿って、先の尖った尖状部２１が複数連なった形状となっている。
【００３４】
また、尖状突起２の谷４に面する斜面に形成された溝６も、図１、図２、図９等に示すように、前述の図４の斜線で示す勾配角度が６０度の斜面から図７に示した三角錐５０と同様の正三角形を底面とする三角錐を削り取った、断面がＶ字状に形成されたＶ字溝となっている。但し、このＶ字溝６は、Ｖ字溝５が谷３に対して直交するのと相違して谷４に対して平面視で４５°で交差するように形成されている。
【００３５】
［成形プレートの作用効果］
次に、図１〜図３を用いて、成形プレート１における水分（水だけでなく、水と同等の表面張力を有し、毛細管現象と重力で誘導可能な液体を指すものとする）の流れを説明する。先ず、降雨等により成形プレート１の表面に付着した水分は、重量等により、Ｖ字溝５やＶ字溝６に沿って谷３や谷４に流れ落ちる。このとき、Ｖ字溝５及びＶ字溝６の切り取られた断面形状が鋭角な三角形となっているため、即ち、溝の深さが深くなっているため、重力だけでなく、周囲の大気圧にも押されて移動する、いわゆる毛細管現象も働くので、短時間で水分が谷３や谷４に移動することとなる。
【００３６】
次に、谷３に到達した水分は、成形プレート１が貼着された傾斜構造物の傾斜により重力で谷３から谷４へ移動することとなる。このとき、谷３は、谷４に対して４５度で交差するので、水分の流れが谷４への合流時に妨げられず、スムーズに流れていくこととなる。
【００３７】
例えば、傾斜構造物の傾斜が、図２に示す成形プレート１の上端が高くなっている場合、水分は、中央の谷４に集められ、下端側に流れていくこととなる。反対に、傾斜構造物の傾斜が、図２に示す成形プレート１の下端が高くなっている場合、複数枚並設された成形プレート１の両端にある谷４に集められ、上端側に流れていくこととなる。
【００３８】
以上説明した本発明の実施形態に係る撥水成形品である成形プレート１によれば、傾斜構造物の傾斜と、成形プレート１の尖状突起２と谷３，４、Ｖ字溝５，６の周期配列により構造物の表面に貼着された成形プレート１に付着した水滴を任意の方向に誘導して構造物の表面を常に乾いた状態に保つことができる。
【００３９】
また、この撥水構造を水滴より大きな間隔で設けられた尖状突起２やＶ字溝５，６等により実現しているので、ナノレベルの微細突起と相違して、摩耗や紫外線などの影響に強く、耐候性、耐摩耗性などの耐久性を向上させて、修繕や改修等をすることなく撥水効果を持続することができる。
【００４０】
その上、視認可能な大きさの周期配列により撥水構造を実現しているので、切削加工や、プレス加工、鋳造（ダイキャスト含む）、転造など、確立された様々な従来の加工方法により形成が可能である。このため、汎用性が高く、様々な構造物の表面に適用することができ、適用範囲及び広範囲な用途に使用できる。その上、任意の二次元方向にいくらでも繰り返し配列して増設することが可能であり、設計の自由度、汎用性が極めて高い。
【００４１】
また、成形プレート１によれば、尖状突起の幅と高さの比が√２：√３となっているので、撥水構造の繰り返しパターンを構成し易く、計算及び設計が容易となるだけでなく、構造物表面に貼り付けるなどして後付けするだけで、前述の撥水構造を得ることができ、汎用性と設計の自由度が高い。
【００４２】
以上、本発明の実施形態に係る撥水成形品について詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【００４３】
特に、本発明の実施形態に係る傾斜構造物表面の撥水構造として、プレート状の樹脂成形品の表面に所定形状の撥水構造を適用して傾斜構造物に後付けする撥水成形品を例示して説明したが、傾斜構造物の表面に直接前述の撥水構造を適用しても良い。但し、撥水成形品として構造物に後付け可能とすることにより、構造物が建っている現地において加工したり、構造物を直接加工等したりする必要がなく、成形、加工施設の整った工場等で予め成形しておいて構造物に後付けできるため好ましい。
【００４４】
また、本発明の撥水成形品として樹脂からなるプレート状のものを例示して説明したが、軟質樹脂からなるシート状のものでもよく、素材としてもポリ塩化ビニルなどの樹脂に限られず、セラミックス、金属など、水分を弾く耐水性があり、細かい造形が可能な素材であればよい。
【００４５】
本発明の撥水成形品及び傾斜構造物表面の撥水構造の成形方法も、切削加工、プレス加工、鋳造（ダイキャスト含む）、転造など、様々な方法が可能である。但し、プレス加工、鋳造（ダイキャスト含む）、転造など同一構造を大量に安価に成形可能な成形方法の方が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の傾斜構造物表面の撥水構造及びその撥水構造を備えた成形品は、スロープや歩道などの屋外建築物の床面、外廊下などの建築物の雨掛かりの床面に設置されるノンスリップシート、自転車の「サドル」、「サドルカバー」の表面、公園の椅子や屋外スタジアムの椅子などの屋外に設置された椅子の座面、浴室の床面、階段や梯子の踏面、玄関マットなど、撥水性が要求されるものには利用可能である。
【００４７】
また、本発明の傾斜構造物表面の撥水構造及びその撥水構造を備えた成形品は、撥水性が要求されるものだけでなく、夜霧や朝露を人為的なエネルギーを使わずに集め飲料水として利用するデバイスなど、広範囲に分布した少量の水分を任意の場所に集めるデバイスとしても利用可能である。さらに、ピンポイントの一滴の水分を任意の方向に誘導したり、拡散したりするデバイスとしての利用、例えば、血液検査等での医療面での利用も考えられる。
【符号の説明】
【００４８】
１                        ：成形プレート（撥水成形品）
２                        ：尖状突起
２０                      ：稜線
２１                      ：尖状部
３                        ：谷
４                        ：谷
５                        ：Ｖ字溝（溝）
５０                      ：三角錐
６                        ：Ｖ字溝（溝）
【要約】
【課題】水噴霧粒子の粒径より大きな間隔で設けられた溝や突起により撥水性を実現することにより耐候性、耐摩耗性などの耐久性を向上させて、修繕や改修等をすることなく撥水効果を持続することができる傾斜構造物表面の撥水構造、及び、及びその撥水構造を備えた撥水成形品を提供する。
【解決手段】所定の角度以上で傾斜する傾斜構造物表面の撥水構造において、先端が尖った形状からなる尖状突起２を所定間隔で形成するとともに、この尖状突起２に、頂部から谷に向けて徐々に浅くなる複数の溝５，６を、水噴霧粒子の粒径より大きな間隔で形成するとともに、尖状突起２の谷３同士が線対称にジグザグに折れ曲がって連なり、この谷３の折れ曲がった部分に左右等角度で交差する別の谷４を形成する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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