(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切換可能な乾燥接着を有する少なくとも１つの表面を有する物品であって、該表面が、少なくとも１つのポリマーで少なくとも部分的にコーティングされる少なくとも１つの形状記憶合金を含み、該少なくとも１つの形状記憶合金が、乾燥接着に利用可能な表面積を変化させる表面構造を形成することができること及び該少なくとも１つのポリマーが、エラストマー、ゴム又はゴム状化合物であることを特徴とする、物品。
【請求項２】
前記表面構造がマイクロテクスチャであることを特徴とする、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
少なくとも１つのポリマーのコーティングが、１５μｍ未満の厚みを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の物品。
【請求項４】
形成される前記表面構造が、前記乾燥接着に利用可能な表面積を低減させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品。
【請求項５】
前記形状記憶合金が、前記表面構造を可逆的に形成することができることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の物品。
【請求項６】
前記形状記憶合金が、第１の温度で第１の構造を有し、かつ第２の温度で前記表面構造を形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の物品。
【請求項７】
前記表面の前記第１の構造が平面構造であることを特徴とする、請求項６に記載の物品。
【請求項８】
前記表面構造が、隆起及び／又は沈降によって形成されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の物品。
【請求項９】
前記表面が前記ポリマーで完全にコーティングされることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１０】
前記形状記憶合金がニッケル及びチタンを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１１】
前記形状記憶合金が変態温度を介して表面構造を可逆的に形成できるものであることを特徴とする、請求項２〜１０のいずれかに記載の物品。
【請求項１２】
分離可能な乾燥接着結合を生じさせるために請求項１〜１１のいずれか一項に記載の物品を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切換可能な接着を有する少なくとも１つの表面を有する物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
接着による様々な表面の貼り合せは、材料のアセンブリの形成において重要な役割を果たしている。ここでの１つの懸念事項は、多くの場合唯一、結合を再度元に戻すことが非常に困難なことである。これは多くの場合、結合層の分解又は破壊と関連付けられる。
【０００３】
表面を貼り合せる別の考えられ得る方法は、それらの乾燥接着性を介するものである。ここで、乾燥接着性とは、接着剤等の接着促進材料なしに表面同士間の接着力の形成を意味するものとして理解される。さらにこのタイプの結合は、痕跡を残すことなく取り外すことができることが特徴的である。
【０００４】
このタイプの結合系は往々にして、何らかの構造化を示す表面に依拠するものである。しかしながら、ここでは、特定の対構造、例えばホック及びアイレット（eyelets）を必要とする系と、任意の所望の表面との接着力を発揮することができる系とを区別しなければならない。
【０００５】
また、このタイプの結合系は、例えば自然界において、例えばヤモリ又は昆虫の脚の場合のように知られている。このタイプの系における結合力は、ファンデルワールス力に基づくものであると考えられる。これらの系における表面の構造化は、実に大きい接触面積をもたらすため、実に高レベルの接着力が接触部において発揮される。
【０００６】
乾燥接着性では、２つの表面間の接着の大きさは、接着に利用可能な面積に依存する。２つの平面（planar surfaces）はそれに応じて互いに接着し、一方が平面で一方が粗面すなわち非平面のものよりもはっきりと良好に作用する。原則は、接着に利用可能な面積が大きいほど、２つの表面間の接着がより良好となる。
【０００７】
しかしながら、この面積は概して不変のものであるため、一般に表面の接着力を変えることはできない。
【０００８】
しかしながら、外的影響に応じて種々の形状をとることができる材料が、従来技術から知られている。このタイプのよく知られている材料はとりわけ形状記憶合金（ＳＭＡ）である。
【０００９】
形状記憶合金は、それらの組成を変えることなく、それらの結晶構造を変化させることができ、結晶構造のこの変化は、熱的又は機械的に引き起こされる。変化は通常、熱的に引き起こされる、すなわち、形状記憶合金は、或る特定の温度に達するとその構造を変化させる。
【００１０】
従来、形状記憶合金の高温相はオーステナイト相として知られ、低温相はマルテンサイト相として知られている。形状記憶合金の特別な特性の根拠は、相互変態する２つの相の能力が不可逆的なものであるためである。
【００１１】
２つの異なる可能性がこれに関連して識別される。規定の形状のオーステナイト物品を冷却して変態温度より低い温度に下げると、オーステナイト物品は同じ形状のマルテンサイト物品へと変態する。その後、マルテンサイトの臨界ひずみ（通常、使用される合金に応じて約５％〜７％）を超えることなくこの物品を引き続き第２の形状へと変換させる。この物品を変態温度より高い温度に加熱すると、マルテンサイト物品は、変態してオーステナイトへと戻り、このプロセスにおいて、再度、元の第１の形状をとる。このプロセスを２回以上繰り返すことも可能である。しかしながら、再度変形させることなくもう一度オーステナイト物品を変態温度より低い温度に冷却させても、第２の形状に変態しないと考えられる。この第２の形状は、物品を再度変形させることによってのみ得ることができる。したがって、この効果は、「一方向形状記憶効果」とも称される。
【００１２】
形状記憶材料を塑性変形させるか又はこれに加工熱処理を行うと、異なる挙動に達し得る。いずれも、材料中に、オーステナイト物品の形状だけでなく、マルテンサイト物品の形状についての記憶をもたらすミクロ構造を作り出すと考えられる。その結果、冷却、及びオーステナイトからマルテンサイトへの変態が同様に、表面における構造の形状変化を生じさせると考えられる。このプロセスは、可逆的なものであるため、これらの２つの形状の間の変化は、加熱及び冷却によって可能となる。この効果は、「二方向形状記憶効果」とも称される。
【００１３】
ここで、オーステナイトへのマルテンサイトの変態が、マルテンサイトへのオーステナイトの変態と同じ温度で起こるとは限らないということを心に留めておく必要がある。典型的には、何等かの特異なヒステリシスが存在すると考えられる。加えて、或る温度範囲を超えると変態が起こる。変態温度は、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）及びマルテンサイト変態終了温度（Ｍｆ）として、またオーステナイト変態開始温度（Ａｓ）及びオーステナイト変態終了温度（Ａｆ）としても知られている。ここで大文字は特定の変態生成物を示している。すなわち、オーステナイトを冷却する場合、Ｍｓが、マルテンサイトへと変態しようとする温度を表す。図１は対応する図を示すものである。それ故、これらの温度間の関係は、典型的にＭｆ＜Ｍｓ＜Ａｓ＜Ａｆである。形状記憶合金が応力を受けると、これらの温度は変化し得る。これによって、変態温度は上がったり又は下がったりすることがある。
【００１４】
この可逆効果の１つの特定の型は、情報記憶による表面上における隆起の可逆的な形成を示す特許文献１によって示される。
【００１５】
粘着力により付着される結合（tack-adhered bonds）に形状記憶合金を使用することも知られている（例えば、特許文献２）。しかしながら、特許文献２では形状記憶合金における構成部品の変形は、粘着結合（tack-adhesive bond）を弱めるのに用いられる。
【００１６】
マイクロメートル領域での切換可能な表面構造の製造は、比較的最近のことである。特許文献１が、可逆的な切換可能な沈降又は隆起の発生を記載している。これらは、加熱すると認識可能となる情報を表面上に記憶するのに用いられている。
【００１７】
形状記憶合金を使用して、表面の切換可能な接着を実現することは、知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００３４９５４号
【特許文献２】米国特許第６，７７３，５３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明により取り組まれる課題は、切換可能な接着を有する物品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本課題は、独立請求項の特徴を有する発明によって解決される。従属請求項は、本発明の有益な発展形態を特徴としている。ここで、特許請求の範囲全ての表現は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。本発明は、従属請求項及び／又は独立請求項の妥当ないずれの組合せも、またとりわけ、言及されるあらゆる組合せも包含する。
【００２１】
本課題は、切換可能な接着を有する少なくとも１つの表面を有する物品であって、該表面が、少なくとも１つのポリマーで少なくとも部分的にコーティングされる少なくとも１つの形状記憶合金を含み、該少なくとも１つの形状記憶合金が、表面構造を形成することができることを特徴とする、物品によって解決される。
【００２２】
表面構造の形成によって物品の表面が変化する。これによって、接着に利用可能な表面積が変化する。
【００２３】
問題になっている接着は好ましくは、表面の乾燥接着性のものである。接着剤は一切使用していない。
【００２４】
少なくとも１つの形状記憶合金（ＳＭＡ）は、表面構造を形成するのに好適なこのタイプのいずれの合金であってもよい。
【００２５】
ここで合金は温度範囲が大きいものとして知られている。すなわち、−２００℃〜２００℃の変態温度を有する合金が知られている。変態温度は典型的に２０℃〜１００℃である。
【００２６】
かかる合金の例は、ニッケルとチタンとの合金、銅−亜鉛−アルミニウム合金、銅−亜鉛−アルミニウム−ニッケル合金、ニッケル−マンガン−ガリウム合金、及び銅−アルミニウム−ニッケル合金である。形状記憶合金は強磁性なものであってもよい。
【００２７】
ニッケルとチタンとを含む合金が優先的に選ばれる。合金中ニッケルとチタンとの比率は、変態温度を上げるか又は下げるのに使用することができる。等モルのＮｉＴｉ形状記憶合金（１：１から＋／−１ｍｏｌ％の偏差）では、オーステナイトからマルテンサイトへの変態が起こる温度が、約３５℃（Ｍｓ４０℃；Ｍｆ２５℃；Ａｓ５４℃；Ａｆ７６℃）である。
【００２８】
形状記憶合金は、少なくとも１つのポリマーで少なくとも部分的にコーティングされる。形状記憶合金の付着性は一般に乏しい。結果として、幾つかの他の表面（対向面）に対して達成することができる接着は、ポリマーコーティングなしでは不十分なものとなる。これは、好適なポリマーを適用することによって明確に改善することができる。接着では、ポリマーコーティングの少なくとも一部が、対向面と接触しなくてはならない。
【００２９】
ポリマー層の使用はまた、或る特定の試験表面及び／又は試験体にかかる接着力を簡単に求められるという利点を有する。ポリマーの接着挙動は、所与の表面構造に合わせて対向面に適応させ得る。それに基づき、これは、多くのポリマーを調査する簡単な方法となる。
【００３０】
ポリマーは好ましくは、形状記憶合金の表面構造をコーティングの表面へと伝達するのに十分に弾性なものである。表面構造の形成は、ポリマーコーティングを損傷させるものであってはならない。コーティングの構造はまた、使用温度を変化させることができるものでなければならない。
【００３１】
ポリマーの弾性率は好ましくは１００ＭＰａより小さく、より好ましくは１０ＭＰａより小さい。
【００３２】
ポリマーのガラス転移温度は好ましくは形状記憶合金の変態温度を下回るものであり、好ましくはＭｆを下回るものである。ポリマーの分解温度はＡｆを上回るものとする。
【００３３】
ここでは、所望の対向面への接着を示し、このためまた、乾燥接着性についての接着促進剤として作用することができる任意のポリマーが好適である
【００３４】
好ましいポリマーは、エラストマー、とりわけゴム又はゴム状化合物である。後続のリストは、好適なポリマーの一覧を示すものである。ＤＩＮ／ＩＳＯ規格１６２９に従ってコードを列挙する。
【００３５】
Ｍグループ
Ｍグループとしては、ポリメチレン型の飽和鎖を有するゴムが挙げられる。
【００３６】
ＡＣＭ  エチルアクリレート又は他のアクリレートと少量の加硫を促進するモノマーとのコポリマー。
【００３７】
ＡＥＭ  エチレン−アクリレートゴム。
【００３８】
ＡＮＭ  エチルアクリレート又は他のアクリレートとアクリロニトリルとのコポリマー。
【００３９】
ＣＭ  塩素化ポリエチレン。
【００４０】
ＣＳＭ  クロロスルホン化ポリエチレン。
【００４１】
ＥＰＤＭ  側鎖にジエンの不飽和部分を有するエチレン、プロピレン及びジエンモノマーのターポリマー。
【００４２】
ＥＰＭ  エチレン−プロピレンコポリマー。
【００４３】
ＦＰＭ  フルオロ、フルオロアルキル基又はフルオロアルコキシ基をポリマー鎖に有するゴム。
【００４４】
Ｏグループ
このグループとしては、酸素をポリマー鎖に有するゴムが挙げられる。
【００４５】
ＣＯ  ポリクロロメチルオキシラン（エピクロロヒドリンゴム）。
【００４６】
ＥＣＯ  エチレンオキシド（オキシラン）とクロロメチルオキシラン（エピクロロヒドリン）とのコポリマー。
【００４７】
ＧＰＯ  プロピレンオキシドとアリルグリシジルエーテルとのコポリマー。
【００４８】
Ｒグループ
Ｒグループは、文字「Ｒ」（＝ゴム）の前に、そのゴムの調製元となるモノマー（複数可）に関する１つ又は複数のコードを挿入することによって規定される。文字「Ｒ」の直前にくる文字は、そのゴムの調製元となるジオレフィンを表すものである。ジオレフィンの文字に先行する任意の文字（単数又は複数）は、コモノマー（複数可）を表すものである。以下の分類がＲグループに使用される：
ＡＢＲ  アクリレート−ブタジエンゴム。
ＢＲ  ブタジエンゴム。
ＣＲ  クロロプレンゴム。
ＩＩＲ  イソブテン−イソプレンゴム。
ＩＲ  イソプレンゴム（合成）。
ＮＢＲ  アクリロニトリル−ブタジエンゴム。
ＮＣＲ  アクリロニトリル−クロロプレンゴム。
ＮＲ  イソプレンゴム（天然ゴム）。
ＰＢＲ  ビニルピリジン−ブタジエンゴム。
ＳＢＲ  スチレン−ブタジエンゴム。
ＳＣＲ  スチレン−クロロプレンゴム。
ＳＩＲ  スチレン−イソプレンゴム。
ＮＩＲ  アクリロニトリル−イソプレンゴム。
ＰＳＢＲ  ビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴム。
【００４９】
カルボキシル化ゴムは、接頭辞である文字「Ｘ」によって識別される：
ＸＳＢＲ  カルボキシル化スチレン−ブタジエンゴム。
ＸＮＢＲ  カルボキシル化アクリロニトリル−ブタジエンゴム。
【００５０】
ハロゲンをポリマー鎖に含有するゴムは以下の様に分類される：
ＢＩＩＲ  ブロモ−イソブテン−イソプレンゴム。
ＣＩＩＲ  クロロ−イソプレンゴム。
【００５１】
Ｑグループ
Ｑグループはポリマー鎖の置換基の名前をシリコーンの名称の前に挿入することによって規定される。
【００５２】
ＭＦＱ  メチル基及びフルオリン基をポリマー鎖に有するシリコーンゴム。
【００５３】
ＭＰＱ  メチル基及びフェニル基をポリマー鎖に有するシリコーンゴム。
【００５４】
ＭＰＶＱ  メチル基、フェニル基及びビニル基をポリマー鎖に有するシリコーンゴム。
【００５５】
ＭＮＱ  メチル基のみをポリマー鎖に有するシリコーンゴム、例えば、ポリジメチルシロキサン。
【００５６】
ＭＱ  シリコーンゴムメチルポリシロキサン。
【００５７】
ＭＶＱ  メチル基及びビニル基をポリマー鎖に有するシリコーンゴム。
【００５８】
Ｕグループ
Ｕグループとしては、炭素、酸素及び窒素をポリマー鎖に有するゴムが挙げられる。
【００５９】
ＡＦＭＵ  テトラフルオロエチレン、トリフルオロニトロソメタン及びニトロソパーフルオロ酪酸のターポリマー。
ＡＵ  ポリエステルウレタンゴム。
ＥＵ  ポリエーテルウレタンゴム。
【００６０】
さらに、上記に列挙していないが、末端ビニル基、カルボキシル基及びアミン基を有するＮＢＲゴム、又はエチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）を使用することも可能である。
【００６１】
当業者は、上述のポリマーの弾性を本発明の要件に適合させる方法を知っている。
【００６２】
好ましいポリマーは、Ｑグループの有機変性ケイ素化合物、好ましくはポリジメチルシロキサン又はポリビニルシロキサン等のシリコーンである。
【００６３】
有用な有機ポリマーとしては、ポリイソシアネート、ポリエポキシド、ポリ（メタ）アクリレート、ポリエステル又はポリ塩化ビニルが更に挙げられる。
【００６４】
ポリ（メタ）アクリレートは、重合ポリエステル、ポリエーテル、カーボネート、エポキシ又はウレタン（メタ）アクリレートであり得る。
【００６５】
ポリマーコーティングを、形状記憶合金にスプレーコーティング、ブレードコーティング、ディップコーティング又はスピンコーティング等の任意所望の方法で塗布することができる。ポリマーコーティングを作成するプロセスは、コーティングの重合及び／又は硬化も含み得る。
【００６６】
例えばプラズマ処理によって形状記憶合金を前処理することが必要なことがある。例えば形状記憶合金への付着を改善させるために、コーティングは同様に２つ以上の層及び／又はポリマーを包含するものであってもよい。無機コーティング、例えば金属の薄層も施すことが可能である。
【００６７】
また、ポリマーコーティングは、構成成分、例えば、顔料、ナノ粒子、磁性粒子を更に含有していてもよい。
【００６８】
表面に所望される乾燥接着性に関して、とりわけ、表面が接着する対向面に関して、ポリマー及び／又は表面構造を適合させることが必要なこともある。好ましい対向面は、ポリマーコーティングが有するものよりも高い弾性率を有する。このことは、表面構造の形成によって、接着に利用可能な表面積を変化させることを確実なものとする。対向面は、表面構造の形成に起因する変化を補うことができない。そのため、表面構造の形成後には、対向面のより小さい又はより大きい表面積がポリマーコーティングと接触する。これによって、物品と対向面との接着が変化する。
【００６９】
接着の大きさは、ポリマー層と対向面との間の接触面積に依存するため、ポリマーコーティングとの接触面積が最大となるように、対向面を特別に設計してもよい。例えば、対向面を特別にテクスチャ加工してもよい。しかし、対向面は、特にポリマーコーティングが同様に平滑である場合には、平滑であってもよい。
【００７０】
対向面はいずれの所望の材料からなるものであってもよい。有機材料又は無機材料は、例えば、プラスチック、金属、合金、又はセラミック若しくはガラス等の酸化物材料に関与するものであってもよい。
【００７１】
形状記憶合金は、接着に利用可能な面積を変化させる表面構造を発生させることができる。形状記憶合金は、表面構造を形成する際に隆起又は沈降を形成する。結果として、物品の表面がこれらの位置で隆起又は沈降する。隆起及び沈降はまた、それらがコーティングされた箇所であれば、ポリマー層によって伝達される。構造によって物品の表面の変化が起こるため、対向面への接着には異なる面積が利用可能である。平面的な対向面と物品の平面との場合、表面構造の形成によって、対向面と接触する面積が小さくなる。物品と対向面との接着が対応して減少する。表面構造の形成によって接着に利用可能な面積が低減することが好ましい。ヤモリ構造と対照的に、この場合における表面の構造化は、接着を低下させる。このことは図２にも示される。
【００７２】
例えば、対向面の形状が表面構造の形状に対応する場合、表面構造が一度形成されるだけで、接着面積を最大にすることも可能である。
【００７３】
表面構造の形成はまた、既存の構造の消失をなすこともある。
【００７４】
表面構造はいずれの所望の形状もとることができる。表面構造は、いずれの所望の形状も有し得る、隆起又は沈降を含むものであってもよい。要するに、構造は、円形、矩形、線形又は分枝状であってもよい。表面上のそれらの配置は、規則的なものであっても又は不規則なものであってもよい。隆起は、半球形、円錐形又はピラミッド型の形状であってもよい。
【００７５】
形状記憶合金の表面及び／又はその上に施される任意のポリマー層にのみ、構造が形成されることから、表面構造について検討する。物品の他の領域は影響を受けていないままである。より詳細には、形状記憶合金に対する他の巨視的な変化が存在しない。当然ながら、形状記憶合金内において結晶レベルでの変化も起こるという可能性、例えば、結晶の変換を排除するものではないが、結晶の変換は何ら巨視的な影響も有しない。表面構造の形成は別として、形状記憶合金は、特に何の屈曲又はサイズ変更も受けない。
【００７６】
表面構造は好ましくはマイクロテクスチャである。すなわち、構造は、物品の表面と平行な５００μｍ未満の少なくとも１つの寸法を有する。すなわち、構造の最も小さい横寸法は５００μｍ未満である。表面構造の最も小さい横寸法は、好ましくは３００μｍより小さく、より好ましくは２００μｍより小さく、最も好ましくは１００μｍより小さい。
【００７７】
形状記憶合金の表面に関して、形成される表面構造の高さ及び／又は深さは、表面構造を製造するのに使用される方法に応じて決まる。好ましくは、形成される表面構造の高さは、０．５μｍより大きく、より好ましくは０．８μｍより大きい。この要件は、第一に、接着特性を発生させるのにポリマーの或る特定の層厚が必要とされること、第二に、構造が、接触面積における変化を誘う層厚よりもはるかに小さくてはならないことから導かれるものである。
【００７８】
形成される表面構造の高さは、製造方法によって決定することができる。
【００７９】
表面構造は、丸い隆起又は線形の隆起といった個々の構造特徴からなるものであってもよい。これらの構造特徴は、互いに好ましくは少なくとも１μｍ、より好ましくは少なくとも３０μｍ離れている。
【００８０】
所与の事項は、ポリマーコーティングを有する物品の表面に関するものである。
【００８１】
表面構造の寸法は、走査型電子顕微鏡検査、白色干渉法、共焦点光学顕微鏡検査又はＡＦＭを用いて測定可能である。
【００８２】
ここで報告する寸法は白色干渉法を用いて測定した。
【００８３】
少なくとも１つのポリマーのコーティングの厚みは、形成される表面構造に適合する必要がある。切換性と接着との最適条件を実現するために、その最も厚い箇所におけるコーティングの厚みは、好ましくは１５μｍより小さく、より好ましくは１０μｍより小さい。このことは、マイクロテクスチャの場合、形状記憶合金の構造変化がコーティングの表面でも観察可能であることを確実にする。接着の絶対値を変化させるために、層厚は様々な値をとることができる。
【００８４】
最適な層厚も、形成される表面構造の最大高さ及び／又は深さに応じて決まる。ポリマーコーティングの厚みと、表面構造の最大高さ及び／又は深さとの比率は、好ましくは５０：１より小さく、より好ましくは３０：１より小さく、最も好ましくは１０：１より小さい。
【００８５】
形状記憶合金は、表面構造を可逆的に又は不可逆的に形成することができる。これは、形状記憶合金の前処理の性質に応じて決まる。形状記憶合金が、表面構造を可逆的に形成することが好ましい。結果として、表面の接着が可逆的に切換可能となる。
【００８６】
表面構造の形成は、好ましくは熱的に引き起こされる。形状記憶合金は、第１の温度における第１の構造、及び第２の温度における第２の構造を有する。２つの構造は相当する温度を介して互いに変換可能である。これは、可逆的に又は不可逆的に、好ましくは可逆的に行うことができる。
【００８７】
第１の温度がＭｆ未満かつ第２の温度がＡｆより高いことが好ましい。しかし、可逆的な形状記憶効果のためにアニーリング温度未満とする。これによって、形状記憶合金の完全な変態が確実なものとなる。
【００８８】
変態に必要とされる温度に物品を加熱しても又は冷却してもよい。このために、物品自体が、冷却又は加熱のための手段を備えていてもよい。これらは、加熱装置であってもよいが、加熱可能な構成要素、例えば、例えば強磁性である誘導加熱可能な層又は粒子であってもよい。
【００８９】
本発明の一発展形態において、形状記憶合金の第１の構造は平面的な構造である。表面構造は好ましくは、隆起及び／又は沈降によって形成される。これらが第２の構造を構成する。
【００９０】
形状記憶合金の表面は、少なくとも１つのポリマーで少なくとも部分的にコーティングされる。それは好ましくは、少なくとも、コーティングされる表面構造を形成する領域となる。
【００９１】
本発明の更なる実施の形態では、表面がポリマーで完全にコーティングされる。
【００９２】
表面構造は、様々な方法で得ることができる。表面構造は好ましくは、塑性変形、例えば、マルテンサイト状態における形状記憶合金の表面のエンボス加工又は引掻き等によって、またより好ましくは圧入加工によって得ることができる。事前に塑性変形させた表面の平坦化後に、加熱によって、事前に変形された箇所に構造が形成する。これらの構造は冷却すると再度消失する。構造の形状は、塑性変形の性質を介して制御可能である。円錐形、ピラミッド型又は球形の圧子を使用することができる。これによって、基となる圧子形状と似た形状の個々の隆起がもたらされる。表面における細長い引掻き傷は、表面構造として細長い隆起をもたらす。より複雑なパターンも、対応して表面にエンボス加工することができる。完全に可逆的な表面構造は球形圧子を用いて得ることができる。
【００９３】
構造は、レーザーの衝撃による圧入（laser shock indentation）によっても得ることができる。
【００９４】
また、本発明は、分離可能な乾燥接着結合を生じさせるために、本発明の物品を使用する方法に関する。
【００９５】
本発明の物品は多くの産業分野において使用することができる。本発明の物品は、より大きい物品の一部をなすものであってもよい。かかる制御可能な接着は、或る特定の条件下で分離しなければならない何らかの結合にとって重要となる。或る特定の温度で分離される構成部品が一例である。切換可能なグリッパー（grippers：把持部）が別の例である。
【００９６】
しかしながら、本発明の物品は、切換可能な表面がそれらの接着力に関係なく重要となる他の産業分野でも有用である。医療用途が一例である。本発明の物品は、細胞又は組織を構築する能力も伴い得る。
【００９７】
切換可能な表面は、トライボロジー用途においても役割を果たすことができる。すなわち、表面摩擦が表面構造に応じて変化する。本発明の物品は例えば、摩擦熱によって加熱されるとこのように表面構造を形成することができる。
【００９８】
更なる詳細及び特徴は、従属請求項と併せて、好ましい例示的な実施形態の以下の記述から明らかとなるであろう。特定の特徴はそれぞれ、単独で又は１つ若しくは複数の他の特徴と組み合わせて具現化することができる。本発明により取り組まれる課題を解決するための能力は、例示的な実施形態に限定されるものではない。例えば、範囲の記述は常に、全ての（列挙されていない）間の値、及び全ての考えられ得る部分区間を包含する。
【００９９】
例示的な実施形態を図に概略的に示す。個々の図中の類似する参照符号は、類似する又は機能的に類似する／対応する要素を指すものである。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】ＮｉＴｉ合金の相変態の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）の測定結果を示す図である。
【図２】切換可能な接着を有する表面を使用する方法の概略図である。
【図３】表面構造の例を示す図である。
【図４】純粋なＰＤＭＳ（各対の左側の棒）、及びＰＤＭＳでコーティングされたＮｉＴｉ（厚み６μｍ〜８μｍ、各対の右側の棒）について、温度に応じた接着力の変化を示す図である。
【図５】表面構造として個々の隆起を有するサンプルについて接着の変化を示す図である。
【図６】４５０μｍ（サンプル４０、各対の右側の棒）及び７５０μｍ（サンプル５０、各対の左側の棒）離間した個々の隆起を有する２つのサンプルについて、接着の変化を示す図である。
【図７】個々の隆起（サンプル２０、各対の左側の棒）及び線（サンプル６０、各対の右側の棒）を有するサンプルについて、接着の変化を示す図である。
【図８】冷却状態（ａ、ｃ）及び８４℃（ｂ、ｄ）における図９による様々なサンプルの光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【０１０１】
図１は、ＤＳＣ分析を介して、ニッケルを５０．３ａｔ％有するＮｉＴｉ合金についての変態特徴を示すものである。特定の変態についての開始温度及び終了温度を図表から読み取ることができる。加熱すると、オーステナイトへの変態が、約５４℃（Ａｓ）で開始し、約７６℃（Ａｆ）で終了する。冷却すると、マルテンサイトへの変態が、約４０℃（Ｍｓ）で開始し、約２５℃（Ｍｆ）で終了する。
【０１０２】
図２は、切換可能な接着を有する表面を使用する方法についての概略プロセスのフロー図を示すものである。描かれるシナリオでは、形状記憶合金２０１の表面が、ポリマー層２０３で完全にコーティングされている。工程Ａでは、形状記憶合金について示される第１の構造が平面を有する。物品をこの表面により対向面２０５に施して、対向面２０５とポリマー層２０３とを接着させる（工程Ｂ）。表面が両方とも平面的であるため、接着に利用可能な面積は最大である。その後、形状記憶合金を第２の形状へと変換させる（工程Ｃ）。これは通例、形状記憶合金の変態温度を上回る温度に加熱することによって成し遂げられる。形状記憶合金は表面構造２０７を作り出す。形状記憶合金上のポリマー層２０３も、表面構造２０７の形成を通じて同様に構造化される。描かれる例における表面構造は、隆起の形成である。結果として、物品の表面はもはや平面的なものではなくなり、試験体及び／又は表面２０５への接着に利用可能な面積が小さくなる。これは、とりわけ、対向面２０５が、（硬すぎるために）表面の変化を補うことができない場合である。面積が小さくなると、試験体２０５と物品との接着が低下する。物品は、対向面２０５から分離する力をあまり要しない（工程Ｄ）。形状記憶合金を変換して第１の形状へと戻すことができる場合、元の接着力は回復する。したがって、この表面の接着性は、熱刺激を用いて制御可能なものである。
【０１０３】
図３は表面構造の例を示すものである。黒色領域は、隆起又は沈降を形成することができる領域である。表面構造は好ましくは、多様な構造要素からなる。これによって、接触面積のより大きな変化が助長される。個々の構造について最適な間隔は、ポリマーコーティング及び対向面に応じて決まる。
【０１０４】
ＮｉＴｉ合金のサンプル（Memry（Bethel Connecticut）、表１）は３×７ｍｍのサイズにトリミングした。機械的変形による層を除去するために、サンプル表面に電解研磨を施した。研磨後、サンプルを液体窒素（−１９６℃）中で冷やして、確実に完全なマルテンサイト相とした。
【０１０５】
熱的に切換可能な表面構造を作り出すために、圧子を使用して表面に圧痕を作った。これには、球状幾何学形状を有する試験体（ルビー（ruby）、直径３００μｍ）及び１０Ｎの力を選んだ。圧入は、３２×６５のマトリックスで表面に行った（ダイアモンドのビッカース圧子（Ahotec（Remscheid, Germany））を備えたＶ−１００＿Ｃ１硬度試験機（Leco Instrumente（Moenchengladbach）））。２つの圧入中間点間の距離は２００μｍとした。
【０１０６】
線形の表面構造を引っ掻くことによって表面に発生させた。この目的を達成するために、２Ｎの一定の力を用いて、６０μｍの間隔をとる線状の引掻き傷を表面に導入させた（ＣＳＥＭ  ＤＴ  ３２２−０１マイクロスクラッチ試験機）。これに使用される圧子チップは、５μｍのチップ半径及び９０度の開口角を有する円錐形のテーパー状のものとした。
【０１０７】
平面的な開始表面を得るために、これらの変形を引き続き平坦化した。この目的を達成するために、サンプルを、圧痕／引掻き傷の基礎（ground：基底部）までやすりで磨いた。平坦化したＮｉＴｉ表面を、１０：１の基材と架橋剤との比率で、コーティング遠心機（coating centrifuge：スピンコーター）を用いて、ポリジメチルシロキサン（Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４、Dow Corning）でスピンコーティングした。このために、ＰＤＭＳを、まずＮｉＴｉブロック上に注ぎ、５０００ｒｐｍで８００秒又は２００秒間回転させた。二回とも同様のコーティングが得られた。コーティングしたサンプルをその後、４０℃で４８時間オーブン乾燥させ、施された層厚を、白色干渉法を用いて求めた。
【０１０８】
ビッカース圧子（１０Ｎ、３２×６５）及び異なる回転時間を用いて構造を作成したサンプルを付加的に調製した。表２は一覧を示すものとした。サンプルは、ビッカース圧子の場合、−５０℃で圧入した。
【０１０９】
ＰＤＭＳ層を担持する形状記憶合金の接着挙動の特性を決定した。これは、発生する結合力を測定しながら、ガラス試験体からのポリマー表面の剥離性を試験することによって行った。
【０１１０】
接着を測定するために、ＮｉＴｉ／ＰＤＭＳサンプルを加熱用プラットフォームに載せ、ガラス試験体と接触させた。或る特定のレベルの予圧力（preloading force）に一旦達したら、サンプル及び試験体を再度互いに分離させる。このプロセスにおいて発生する力を測定する。力を測定するために、ガラス試験体を、既知のばね定数のガラススプリングに接着し、干渉分光法によってその撓みを求めた。使用した試験体は、２ｍｍ２の面積を有するガラス平板、及び４ｍｍの直径を有するガラス球とした。測定結果が比較に値するものであることを確実にするために、考えられる因子として接触面積を算術により排除した。
【０１１１】
様々な温度で測定を行った。温度は、ＮｉＴｉサンプルの下に配置される、電圧制御された加熱要素を用いて制御した。加熱用プラットフォームのセットアップが、加熱要素からサンプルへのおよそ２０℃の隔たりの原因である。測定はそれぞれ１５回繰り返した。加熱の過程における明確な低下後に、接着力がその元のレベルに戻ることを示すために、サンプルを冷やした後にサンプルを再度測定した。
【０１１２】
温度及び構造の形成が、この測定の過程で変化するため、材料の特性にかかる温度変化の効果を、以下で付加的に分析した。この目的を達成するために、可逆的な表面構造化を有するＮｉＴｉ／ＰＤＭＳサンプルのものと略同一の層厚の純粋なＰＤＭＳサンプル及び未処理のＮｉＴｉ／ＰＤＭＳサンプルを用いて、更なる接着測定を実施した。接着力は、１５回の測定それぞれについて２０℃刻みで室温（ＲＴ）から１００℃までの加熱中に、両サンプルについて測定した（図４）。温度が上がるにつれて接着力が徐々に低下することが見出された。
【０１１３】
ポリマー層を備えていないものの、可逆的な表面構造化を有するサンプルは、接着の測定可能な変化を示すことが見出されなかった。
【０１１４】
図５は、個々の隆起を有するサンプル（サンプル３０）についての温度依存性接着の測定結果を示すものである。７０℃までは、接着が約２７％しか低下しなかった。８０℃では、接着力が２７００μＮから４００μＮに降下する（８５％低下）。改めて冷却させると、元の接着力が略完全に回復する（３７００μＮ）。
【０１１５】
３３μｍのＰＤＭＳ層厚を有する比較用サンプルは、このような接着力の明確な低下を示すことが見出されなかった。ＰＤＭＳのこの層厚では、形状記憶合金の表面構造がもはや物品の表面に伝達されないと思われる。
【０１１６】
図６は、隆起の間隔に起因する効果を示すものである。接着力の低下は、隆起の間隔に依存することが見出される。すなわち、接着力の低下は、より大きい間隔よりも、また２００μｍのより小さい間隔よりも、４５０μｍの間隔で大きくなる。隆起の影響を測定するために、少なくとも１つの隆起を試験体と接触させなければならない。試験体が、その幾何学的形状のために、隣接する構造間で嵌合することができる場合には、接着に対する隆起の影響が最低限となる。
【０１１７】
図７は、２００μｍ離間した線に対比させた、２００μｍ離間した個々の隆起についての接着の低下を示すものである。
【０１１８】
図８は、室温（ａ、ｃ）及び８４℃（ｂ、ｄ）における、円形及び線形の隆起を有する表面構造の光学顕微鏡写真を示すものである。表面構造の形成は、ＰＤＭＳコーティングを通じてはっきりと認識することができる。線は、０．９（＋／−０．１５）μｍの高低差を有する線形パターンを示す。接着の低下は、７．６３（＋／−０．１５）ｍＮから２．３３（＋／−０．１３）ｍＮと７４％である。冷却後、接着は８３％回復する。
【０１１９】
【表１】
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【０１２０】
【表２】
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【符号の説明】
【０１２１】
２０１  形状記憶合金
２０３  ポリマー層
２０５  対向面
２０７  表面構造
【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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