(57)【要約】      （修正有）【課題】防汚性表面を含む物品を提供する。【解決手段】防汚性表面１２を含む物品１０が提供される。表面１２は、油に関して約３０度以上の公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含んでおり、表面に設けられた複数の特徴的形状１６を含むテクスチャーを有する。特徴的形状１６は、表面１２が油に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性を有するように選択されたサイズ、形状及び配置を有する。特徴的形状１６は、ｂ／ａ比が約４未満でｈ／ａ比が約１０未満となる高さ２０（ｈ）、幅２２（ａ）及び間隔（ｂ）を有する。【選択図】図１
2008151133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（１２）を含む物品であって、
表面（１２）が、油に関して約３０度以上の公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含み、
複数の特徴的形状（１６）を含むテクスチャーが表面（１２）に設けられていて、
表面（１２）が油に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性をもつように選択されたサイズ、形状及び配置を特徴的形状（１６）が有しており、
特徴的形状（１６）は、ｂ／ａ比が約４未満でｈ／ａ比が約１０未満となる高さ（２０）（ｈ）、幅（２２）（ａ）及び間隔（ｂ）を有する、物品（１０）。
【請求項２】
表面（１２）が水に関して約１１０度以上の有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性を有する、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項３】
ａが約１０μｍ未満である、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項４】
有効接触角が公称接触角よりも約５度以上大きい、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項５】
表面（１２）が約０．８μｍ未満の平均粗さを有する、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項６】
複数の特徴的形状（１６）の少なくとも一部が物品（１０）の表面（１２）上に突出している、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項７】
複数の特徴的形状（１６）の少なくとも一部が表面に設けられた複数のキャビティである、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項８】
特徴的形状（１６）が、セラミック、金属間化合物及びポリマーからなる群から選択される１種以上の材料を含む、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項９】
表面（１２）が表面エネルギー改質層を含む、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項１０】
表面（１２）が、軸受油、軽質タービン油及び合成油からなる群から選択されるものによる汚損に対して抵抗性を有する、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項１１】
当該物品（１０）がタービンアセンブリの部品からなる、請求項１記載の物品（１０）。
【請求項１２】
物品（１０）の表面（１２）を防汚性にする方法であって、
油に関して公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含む基材を含む物品（１０）を用意する段階と、
表面（１２）が油に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性を有するように選択されたサイズ、形状及び配置を有する複数の特徴的形状（１６）を基材に設けて表面を形成する段階と
を含んでなり、
特徴的形状（１６）が、ｂ／ａ比が約４未満でｈ／ａ比が約１０未満となる高さ（２０）（ｈ）、幅（２２）（ａ）及び間隔（ｂ）を有しているとともに、約０．８μｍ未満の平均粗さを有し、
表面（１２）が、油に関して約３０度を超える有効接触角を生じるのに十分な液体濡れ性を有していて、表面（１２）の汚損が低減する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は防汚性を有する表面に関する。具体的には、本発明は水及び油に対して抵抗性を示すように設計されたテクスチャーが導入された表面に関する。本発明はまた、かかる表面を含む物品並びにかかる物品及び表面の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの機械部品（例えば、ターボ機械部品）は、油、水、微粒子その他の汚損源のため、運転中に汚損する。汚損は機械効率の低下並びに隙間腐食をもたらし、ひいては寿命の短縮を招くことがある。発電装置の圧縮機ブレードで汚損が起こると、事業者はしばしばオフライン洗浄を用いて汚損物質を除去するが、これは多大の操業停止時間を生じかねない。かかる問題を低減するため、通常は防汚コーティングが使用される。防汚性表面を形成することに向けられた仕事の多くは、（大抵はポリマーの）疎水性表面の使用に依存していた。これらのコーティングは有効であるものの、低い耐摩耗性、温度性能及び短い寿命によって実際の用途は制限されることが多い。
【特許文献１】米国特許第５３２４５６６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／００８４５５３号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／０１２３５６１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／００２６９７２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００４／００６７３３９号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／０１９１４８０号明細書
【特許文献７】欧州特許出願公開第１１８６７４９号明細書
【特許文献８】欧州特許出願公開第１３１５８８６号明細書
【特許文献９】国際公開第２００５／００５６７９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、防汚性を有する耐久性表面をもった物品に対するニーズが存在する。さらに、かかる防汚性を有する表面及び物品の製造方法に対するニーズも存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態は、防汚性を有する物品を提供することによって上記その他のニーズを満足する。例えば、一実施形態は物品である。かかる物品は表面を含む。表面は、油に関して約３０度以上の公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含んでおり、複数の特徴的形状を含むテクスチャーが表面に設けられている。特徴的形状は、表面が油に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性を有するように選択されたサイズ、形状及び配置を有する。特徴的形状は、ｂ／ａ比が約４未満でｈ／ａ比が約１０未満となる高さ（ｈ）、幅（ａ）及び間隔（ｂ）を有する。
【０００５】
本発明の別の態様は、タービン部品を提供することである。かかるタービン部品は表面を含む。表面は、油に関して約３０度以上の公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含んでおり、複数の特徴的形状を含むテクスチャーが表面に設けられている。特徴的形状は、表面が油に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性を有するように選択されたサイズ、形状及び配置を有する。特徴的形状は、ｂ／ａ比が約４未満でｈ／ａ比が約１０未満となる高さ（ｈ）、幅（ａ）及び間隔（ｂ）を有するとともに、約１．６μｍ未満の平均粗さを有する。
【０００６】
本発明のさらに別の態様は、物品の表面を防汚性にする方法を提供することである。本方法は、基材を含む物品を用意する段階と、複数の特徴的形状を基材に設けて表面を形成することによって表面の汚損を低減させる段階とを含む。基材は、油に関して公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含む。特徴的形状は、表面が油に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性を有するように選択されたサイズ、形状及び配置を有する。特徴的形状は、ｂ／ａ比が約４未満でｈ／ａ比が約１０未満となる高さ（ｈ）、幅（ａ）及び間隔（ｂ）を有するとともに、約１．６μｍ未満の平均粗さを有する。
【０００７】
本発明の上記その他の態様、利点及び顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付の図面及び特許請求の範囲から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明では、図面中の複数の図のすべてにわたり、同じ参照符号は類似又は対応部分を表す。また、「上部」、「下部」、「外方」、「内方」などの用語は便宜上の用語であって、限定的な用語と解すべきでないことはもちろんである。さらに、本発明の特定の態様がある群の複数の構成要素の１以上又はこれらの組合せを含む或いはそれからなるという場合には、かかる態様がその群の構成要素のいずれかを単独で又はその群のいずれか他の構成要素と共に含むか或いはそれらからなる。
【０００９】
本明細書で用いる「接触角」又は「静止接触角」とは、参照液体の静止液滴と該液滴が置かれた水平面との間で形成される角を液体／基材界面で測定したものである。接触角は、表面の濡れ性の尺度として使用される。液体が表面で完全に広がってフィルムを形成する場合、接触角は０度である。接触角の増大に伴って濡れ性は低下する。「防汚性表面」とは、表面に対する油、水、汚れの微粒子、グリースその他の異物のような汚損源の付着傾向が実質的に低下した表面をいう。これらは、開示される処理を施さない表面に比べ、表面での汚損源の蓄積の低減及び除去の容易さによって特徴づけられる。
【００１０】
図面全般、特に図１について述べれば、これらの図は本発明の特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定するものでないことはもちろんである。図１は、本発明の一実施形態に係る物品の表面の概略断面図である。物品１０は表面１２を含む。本明細書で用いる「表面」という用語は、物品１０の周囲環境と直接接触する物品１０の部分をいう。表面は、物品の特定の構成に応じて、基材及び基材に設けられた特徴的形状又は表面改質層を含む。表面１２は低い液体濡れ性を有する。表面１２の液体濡れ性の一般に認められている尺度の１つは、表面１２と、表面１２及び液滴１５の接触点において参照液体の液滴１５の表面に対する接線１３との間に形成される静止接触角１４の値である。接触角１４の値が大きいことは、表面１２上での参照液体に対する濡れ性が低いことを表す。参照液体は、興味の対象となる任意の液体でよい。若干の用途では、参照液体は水である。他の用途では、参照液体は１種以上の炭化水素を含む液体である。特定の実施形態では、参照液体は油である。本明細書で用いる「油」は、水と混和しない多種多様な油状物を包括する通常の意味をもつものと理解すべきである。その例には、動物、植物又は鉱物由来の油並びに合成油がある。油の具体例には、原油及びそれから蒸留された製品（例えば、灯油、ガソリン、パラフィンなど）のような石油系製品がある。幾つかの実施形態では、油は軸受油又は軽質タービン油のような潤滑剤からなる。本明細書で用いる「耐油性」という用語は、油に対して約３０度以上の静止接触角を生じる表面をいうものと理解される。濡れ性は一部では参照液体の表面張力に依存するので、所定の表面は様々な液体に対して異なる濡れ性を有すること（したがって異なる接触角を形成すること）がある。
【００１１】
表面１２は、油に関して約３０度以上の公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含む。本発明を理解する目的のため、「公称接触角」３４（図２）は、参照液体の液滴３６を該材料から本質的になる平坦で平滑な（表面粗さ＜１ｎｍの）表面３２上に配置した場合に測定された静止接触角３４を意味する。この公称接触角３４は、該材料の「公称濡れ性」の測定値である。一実施形態では、油に関する公称接触角は約５０度以上である。一実施形態では、油に関する公称接触角は約７０度以上である。一実施形態では、油に関する公称接触角は約１００度以上である。さらに別の実施形態では、油に関する公称接触角は約１２０度以上である。
【００１２】
表面１２（図１）は、セラミック、金属間化合物及びポリマーからなる群から選択される１種以上の材料を含む。好適なセラミック材料には、無機酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物及びこれらの組合せがある。かかるセラミック材料の非限定的な例には、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化クロム、炭化ケイ素、酸化スズ、チタニア、炭窒化チタン、窒化チタン、オキシ窒化チタン、スチブナイト（ＳｂＳ２）、ジルコニア、ハフニア及びこれらの組合せがある。幾つかの実施形態では、表面は金属間化合物からなる。好適な金属間化合物材料の例には、特に限定されないが、ニッケルアルミナイド、チタンアルミナイド及びこれらの組合せがある。表面１２で使用できるポリマー材料には、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロアクリレート、フルオロウレタン、フルオロシリコーン、改質カーボネート、シリコーン及びこれらの組合せがある。かかる材料は、所望の接触角、使用する製造方法、及び物品の最終用途に基づいて選択される。
【００１３】
表面１２はさらに、複数の特徴的形状１６を含むテクスチャーを有する。本発明者らは、比較的高い公称濡れ性を有する材料を含んでおり、以下に詳しく記載するような特定のテクスチャーを有する表面１２を用意することによって、得られるテクスチャー化表面が表面を形成する材料に固有の濡れ性よりも顕著に低い濡れ性を有し得ることを見出した。詳しくは、表面１２は参照液体に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性（即ち、テクスチャー化表面の濡れ性）を有する。一実施形態では、有効接触角は公称接触角よりも約５度以上大きい。別の実施形態では、有効接触角は公称接触角よりも約１０度以上大きい。さらに別の実施形態では、有効接触角は公称接触角よりも約２０度以上大きい。別の実施形態では、有効接触角は公称接触角よりも約３０度以上大きい。有効接触角は、一部では、以下に詳しく記載するように特徴的形状の形状、寸法及び間隔に依存する。
【００１４】
上述のように、表面１２は複数の特徴的形状１６を含むテクスチャーを有する。複数の特徴的形状１６はどのような形状のものでもよく、くぼみ、突起、ナノ多孔質固体、凹凸などの１以上を含む。かかる特徴的形状は、バンプ、円錐体、ロッド、ワイヤ、溝、実質的に球形の特徴的形状、実質的に円柱形の特徴的形状、角錐形の特徴的形状、プリズム形の特徴的形状、これらの組合せなどを含み得る。多種多様の特徴的形状が特徴的形状１６として使用するのに適している。幾つかの実施形態では、図１に示すように、複数の特徴的形状の少なくとも一部が物品の表面１２に突出している。幾つかの実施形態では、複数の特徴的形状１６の少なくとも一部は、表面１２に設けられた複数のキャビティ１７である。幾つかの実施形態では、特徴的形状１６の少なくとも一部は、立方体、直角プリズム、円錐、円柱、角錐、台形プリズム及び半球その他の球部分からなる群から選択される形状を有する。これらの形状は、特徴的形状が突起１６又はキャビティ１７のいずれであっても好適である。
【００１５】
特徴的形状１６（図１）のサイズは、いくつかのやり方で特性決定することができる。特徴的形状１６は高さ（ｈ）２０を有するが、これは表面１２上に突出している特徴的形状の高さを表すか、或いは（キャビティ１７の場合には）キャビティが表面１２内部に延びる深さを表す。特徴的形状１６は、さらに幅（ａ）２２を有する。幅の正確な性質は特徴的形状の形状に依存するが、特徴的形状が物品の表面に配置された液滴に自然に接触している地点における特徴的形状の幅であると定義される。特徴的形状１６の高さ及び幅パラメーターは、表面１２で観察される濡れ挙動に大きな影響を及ぼす。
【００１６】
特徴的形状配置は、本発明の実施形態に従って表面濡れ性を設計する際における追加の考察事項である。特徴的形状配置の重要な特性の１つは、特徴的形状の間隔である。図１について述べれば、幾つかの実施形態では、特徴的形状１６は間隔（ｂ）２４で特性決定される互いに離隔した状態で設けられている。間隔２４は、２つの最も近接した特徴的形状の縁端間の距離と定義される。配置の他の特性（例えば、上面２５（又はキャビティについては底面２６）が表面１２との平行状態からずれている程度、或いは特徴的形状１６が表面１２に対する垂直方向からずれている程度）を考察することもできる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、複数の特徴的形状１６のすべてがｈ、ａ及び／又はｂに関して実質的に同じ値を有する（「規則アレイ」）が、これは一般的な要件でない。例えば、複数の特徴的形状１６は、サイズ、形状及び／又は配置のランダム分布を示す特徴的形状の集合体であり得る。さらに、幾つかの実施形態では、複数の特徴的形状はｈ、ａ、ｂ又はこれらの任意の組合せが多モード分布（例えば、二モード又は三モード分布）を示すことで特徴づけられる。かかる分布は、一定範囲の液滴サイズに遭遇する環境中において濡れ性の低下をもたらし得るので有利である。かくして、濡れ性に対するｈ、ａ及びｂの効果の推定は、これらのパラメーターの分布特性を考慮に入れることで最もよく実行される。確率分布を表す変数を用いて解析を行うための技法（例えば、モンテカルロシミュレーション法）は当技術分野で公知である。かかる技法は、本発明の物品で使用するための特徴的形状１６を設計する際に適用できる。したがって、個々の特徴的形状ではなく複数の特徴的形状に関してａ、ｂ、ｈなどのパラメーターが本明細書に記載される場合、これらのパラメーターは母集団と見なされる複数の特徴的形状に関する中央値を表すものと解すべきであることが理解されよう。
【００１８】
低濡れ性表面（例えば、防汚性表面）に関する用途の多くは、液滴が容易に転がり落ちるのを推進するために液滴と表面との間の摩擦レベルその他の接触力が小さいことを別にすれば、水に関して大きい接触角を要求するばかりでなく、油に関して適度に大きい接触角も要求する。表面の材料組成に加えて、特徴的形状の形状、寸法及び間隔のすべてが表面の濡れ性に影響を及ぼす。本発明者らは、水及び油に関する有効接触角が表面の汚損を軽減するために最適となるように特徴的形状の寸法及び間隔を選択するのが可能であることを発見した。
【００１９】
こうして設計され形成された表面は、水及び油に関し、防汚特性を達成するように選択された濡れ性を有する。一実施形態では、水に関する公称接触角は約１００度以上である。一実施形態では、水に関する公称接触角は約１１０度以上である。一実施形態では、水に関する公称接触角は約１２０度以上である。さらに別の実施形態では、水に関する公称接触角は約１３０度以上である。幾つかの実施形態では、水に関する公称接触角は約１５０度以上である。
【００２０】
本発明者らは、水及び油に関して大きい接触角（低い濡れ性）を有するとともに、液滴の容易なロールオフをもたらす表面テクスチャーを生じるための設計方法を開発した。使用環境に基づいて材料を適正に選択することに加えてｂ／ａ及びｈ／ａを適正に選択することによって、表面に衝突した液滴が疎水性及び耐油性を示すとともに容易なロールオフ挙動を示すように表面を設計できる。したがって、特徴的形状は、ｂ／ａ比が約４未満でｈ／ａ比が約１０未満となる高さ（ｈ）、幅（ａ）及び間隔（ｂ）を有する。
【００２１】
通例、パラメーターａは約１０μｍ未満である。幾つかの実施形態では、ａは約５μｍ未満である。他の実施形態では、ａは約２μｍ未満である。幾つかの実施形態では、ａは約１００ｎｍ〜約１μｍの範囲内にある。幾つかの実施形態では、ｂ／ａは約０．３〜約２の範囲内にある。若干の他の実施形態では、ｂ／ａは約０．５〜約４の範囲内にある。幾つかの実施形態では、ｈ／ａは約０．５〜約５の範囲内にある。若干の他の実施形態では、ｈ／ａは約０．５〜約１の範囲内にある。特定の実施形態では、ａは約１００ｎｍ〜約１μｍの範囲内にあり、ｈは約１００ｎｍ〜約２μｍの範囲内にあり、ｂは約２００ｎｍ〜約２μｍの範囲内にある。別の実施形態では、ａは約５００ｎｍ〜約１μｍの範囲内にあり、ｂ／ａは約０．２〜約４の範囲内にあり、ｈ／ａは約０．５〜約１の範囲内にある。特定の実施形態では、特に例えばターボ機械部品のように空力的抗力が重要な関心事である場合、表面は約１．６μｍ未満（例えば、約０．８μｍ未満）の平均粗さを有する。（平均粗さは、粗さプロフィル縦座標の絶対値の相加平均である。）
テクスチャー１３を構成する複数の特徴的形状１６（図１）は、表面１２又は表面１２の直近の領域に限定される必要はない。幾つかの実施形態では、物品１０はさらに表面の下方に配置されたバルク部分１１を含み、複数の特徴的形状１６はバルク部分１１中に延在する。表面１２及びバルク部分１１を含め、物品１０全体にわたって特徴的形状１６を分布させることは、表面の上層が浸食で除去されても表面１２の再生を可能にする。
【００２２】
幾つかの実施形態では、表面は表面エネルギー改質層（図示せず）を含む。幾つかの実施形態では、表面エネルギー改質層は基材に設けられたコーティングからなる。基材は、フィルム、シート又はバルク成形体の形態を取り得る。基材は、最終形態の物品１０（例えば、完成部品）、ニアネット成形体、又は後に物品１０に加工されるプレフォームであり得る。表面１２は基材の一体部分であり得る。表面１２は、例えば、テクスチャーを基材上に直接複写すること、テクスチャーを基材上にエンボス加工すること、或いは所定の表面テクスチャーを基材表面に形成又は付与する技術分野で知られるその他任意の方法で形成できる。別法として、表面１２は当技術分野で知られる任意の数の技法で基材上に配設又は堆積させた層からなり得る。
【００２３】
コーティングは、疎水性ハードコート、フッ素化材料、ポリマー材料、複合材料及びこれらの様々な組合せからなる群から選択される１種以上の材料からなり得る。好適な疎水性ハードコートの例には、特に限定されないが、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）（フッ素化ＤＬＣを含む）、酸化タンタル、炭化チタン、窒化チタン、窒化クロム、窒化ホウ素、炭化クロム、炭化モリブデン、炭窒化チタン、窒化ホウ素及び窒化ジルコニウムがある。本明細書で用いる「疎水性ハードコート」は、金属について認められる硬さを超える硬さを有するとともに、水滴に関して約７０度以上の公称静止接触角を生じるのに十分な耐濡れ性を示す１群のコーティングをいう。非限定的な例として、フッ素化ＤＬＣコーティングは水による濡れに対して顕著な抵抗性を示した。窒化物、ホウ化物、炭化物及び酸化物のような他のハードコーティングも、このような目的に役立ち得る。これらのハードコーティング及びその施工方法（例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）など）は当技術分野で公知であり、苛酷な環境中で特に有用であり得る。
【００２４】
フルオロシランのようなフッ素化材料も、油及び水に関して低い濡れ性を示す好適なコーティング材料である。条件が許せば、コーティングは表面１２で使用するための例として上記に示したもののようなポリマー材料からなり得る。ある種の液体による濡れに対して有利な抵抗性を有することが知られるポリマー材料の追加の例には、シリコーン、フルオロポリマー、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリシラザン、脂肪族炭化水素、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン及びこれらの組合せがある。
【００２５】
別法として、表面改質層は、分子種、原子種又はイオン種を表面に拡散又は注入することで、表面改質層の下方の材料に比べて変化した表面特性を有する材料層を生じることで形成できる。一実施形態では、表面改質層はイオン注入材料（例えば、イオン注入金属）からなる。
【００２６】
水及び油に対して制御された濡れ性を有する物品は、多くの用途にとって魅力的である。かかる表面の利点は、防汚性、自己清浄性又は清浄容易性の表面である表面を形成する際に利用できる。本発明の実施形態の可能な用途の例には、実験容器、乗物表面、屋外用家具、家庭用品、電気装置、スタジアムの屋根、タイル、風防、医療器具、船舶、自動車や航空機などの本体パネル、清浄容易性の壁及びカウンター甲板がある。生物工学的用途には、膜分離、抗菌表面、ミクロ流体流路、ステントなどがある。他の例示的な物品には、特に限定されないが、翼又は水中翼、液体輸送用のパイプ及び管、並びにタンパク質分離カラムがある。
【００２７】
本発明の別の実施形態は、タービンアセンブリの部品である。タービンアセンブリは、風タービン、ガスタービン及び蒸気タービンからなる群から選択される。かかる部品は、圧縮機、ファン、燃焼器及び熱交換器からなる群から選択される１以上のものからなる。上述のように、かかる部品の好適な例は翼形を含む部品であって、回転羽根及び静止部品（静翼又はノズル）がその例である。図３に示すように、（横断面で示された）翼形４０は、通例、予想される流体の流れ方向に対して前縁４２及び後縁４４を含む。かかるタービン部品は表面を含む。表面は、油に関して約３０度以上の公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含んでおり、複数の特徴的形状を含むテクスチャーが表面に設けられている。特徴的形状は、表面が油に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性及び約０．８μｍ未満の平均粗さを有するように選択されたサイズ、形状及び配置を有する。表面材料及びテクスチャーは、上記に詳しく記載した通り、水及び油に関して所望の濡れ性を達成するように選択される。得られる表面は、界面活性剤の有無にかかわらず、軽質タービン油又はその他類似の合成油による汚損に対して抵抗性を有する。これはまた、汚損源の付着を減少させ、ひいては汚損速度の低下をもたらす。幾つかの実施形態では、特徴的形状（図示せず）は翼形４０の全表面にわたって配設される。しかし、場合によっては、特徴的形状は翼形４０の特定部分（例えば、前縁４２及び／又は後縁４４）のみに要求又は所望されることがある。
【００２８】
用途の性質に応じ、物品上に特徴的形状を配設する範囲が決定される。汚損は圧縮機効率の低下並びに隙間腐食割れをもたらし、ひいては寿命の短縮を引き起こす。現在、事業者はオフラインの圧縮機洗浄を使用しているが、これは多大の操業停止時間を引き起こす。本明細書に開示された物品の防汚性はさらに、性能の頑強性を向上させ、翼形の寿命を延長させ、操業停止時間を短縮する。表面の疎水性はまた、表面から水滴を転がり落とすことができる。その結果、水洗処理の効率が効率し得る。
【００２９】
本発明の別の態様は、物品の表面を防汚性にするための方法からなる。かかる方法は、基材を含む物品を用意する段階と、複数の特徴的形状を基材に設けて表面を形成することによって表面の汚損を低減させる段階とを含む。基材は、油に関して公称接触角を生じるのに十分な公称液体濡れ性を有する材料を含む。特徴的形状は、表面が油に関して公称接触角よりも大きい有効接触角を生じるのに十分な有効濡れ性を有するように選択されたサイズ、形状及び配置を有する。特徴的形状は、ｂ／ａ比が約４未満でｈ／ａ比が約１０未満となる高さ（ｈ）、幅（ａ）及び間隔（ｂ）を有するとともに、約１．６μｍ未満の平均粗さを有する。表面は、油に関して約３０度を超える有効接触角を有する。
【００３０】
基材上に特徴的形状を配設することによって表面が形成される。特徴的形状は、当技術分野で知られる任意のテクスチャー化方法で表面に配設できる。若干の好適な方法の例には、リソグラフィー、ソフトリソグラフィー、エンボス加工、成形、エッチング、テンプレート成長、フィルム堆積、レーザー穴あけ、サンドブラスチング、溶射、電気化学エッチングなどがある。特徴的形状は、基材と同じ材料又は別の材料からなり得る。基材及び特徴的形状材料並びに特徴的形状のサイズ及び間隔の厳密な選択は、上述の通り、一部では表面の所望濡れ性に依存する。通例、表面は油に関して約３０度を超える有効接触角を有する。幾つかの実施形態では、表面は油に関して約５０度を超える有効接触角を有する。他の実施形態では、表面は油に関して約１００度を超える有効接触角を有する。
【００３１】
上述の実施形態は、既存の防汚表面及びかかる表面を有するタービン部品に比べて明らかな利点を示す。例えば、上述の表面を有するタービン部品は翼形の寿命の延長をもたらすとともに、操業停止時間を短縮すると予想される。加えて、これらの表面は水洗処理の効率を向上させ得る。従来公知の防汚表面の大部分はポリマーコーティングに基づいている。超疎水性／疎水性表面に関する報告の多くは一般に耐油性に関する可能性について述べているが、選択された疎水性及び耐油性を有するテクスチャーを得るとともに防汚性を達成するための設計空間に関する組織的研究は存在していない。
【実施例】
【００３２】
以下の実施例は、本発明の実施形態によって提供される特徴及び利点を例示するために役立つものであり、本発明をそれに限定するものではない。
【００３３】
実施例１−防汚性を有するシリコン物品の製造
シリコン基材に、リソグラフィーにより、約３μｍの幅（ａ）及び様々なｂ／ａ比を有する直角プリズム形特徴的形状を設けた。次いで、かかる基材を液体フルオロシランの入ったバイアルと共にチャンバー内に配置した。チャンバーを排気することで、液体を蒸発させ、気相からシリコン基材上に凝縮させ、それによって表面に疎水性フィルムを形成した。接触角をｂ／ａ比の関数として記録した。図４は、様々なｂ／ａ比を有するシリコンポスト６０上での油滴６２の写真を示している。この図には、様々なテクスチャー上における油（この場合には軽質タービン油）の静止接触角が一覧表示されている。ロールオフの容易さは、油滴が表面から転がり落ちるまでに必要な水平位置からの傾斜角を求めることで測定した。ほぼ垂直な傾斜を要求する油滴は表面に対して高度にピン止めされているのに対し、容易なロールオフを示す油滴は表面から転がり落ちるために非常にわずかな傾斜角しか要求しない。幾つかの実施形態では、液滴は、液滴を引く重力が液滴を表面にピン止めする力に等しくなった時点で表面から転がり落ちる。このような状況は、下記の式で表すことができる。
【００３４】
ρＶｇ(ｓｉｎα) ＝ ２πμβｒ          （１）
式中、ρは液体の密度、Ｖは液滴の体積、ｇは重力定数、αは水平位置からの傾斜角、μはピン止めパラメーター、βはピン止めされた接触線の分率、ｒは基材に対する液滴の接触面の半径である。ピン止めパラメーターμは表面テクスチャーに無関係の材料定数であるが、β及びｒはテクスチャーの関数である。幾つかの実施形態では、テクスチャーは特徴的形状のパラメーターａ、ｂ及びｈで表される。フルオロシランで被覆した平滑なシリコン上での油滴のロールオフに基づき、ピン止めパラメーターμは０．０２９Ｎ／ｍと計算された。水に関しては、ピン止めパラメーターは０．０１３Ｎ／ｍ程度である。これは、単なる疎水性表面に比べ、耐油性表面に関しては異なるテクスチャー設計を要求する。表１には、様々なｂ／ａ比に関する接触角をまとめて示す。
【００３５】
【表１】
2008151133.tif 000003
表１は、接触角に対する様々なｂ／ａ比の効果を示している。フルオロシランで被覆した平滑な（非テクスチャー化）表面を有する対照試料に関して測定した接触角は約８８度であった。表１から、４未満のｂ／ａは防汚性テクスチャーのための設計空間を与えることが明らかである。ｂ／ａが４を超えると、液滴はその自重の下で濡れ状態に留まるので接触角は減少する。
【００３６】
実際問題としては、設計上の考察事項を適用することによって、大きい接触角及び液滴の容易なロールオフを推進する表面設計が達成される。図５〜７は、上記の分析を確認することに向けられた研究の結果を示している。これらの図中に示されたグラフを使用することによって、所定の組合せの油種及び表面材料に関し、一定範囲の用途に適したテクスチャーを選択することができる。図５は、液滴が上述のようなポストからなるテクスチャーから転がり落ちるために必要な液滴の最大直径をプロットしたグラフ７０を示している。図６は、液滴が細孔構造体からなるテクスチャーから転がり落ちるために必要な液滴の最大直径をプロットしたグラフ８０を示している。図７は特徴的形状サイズをｂ／ａに対してプロットしたグラフ９０であって、油滴の衝突を伴う用途のためのテクスチャー設計に関する設計空間を示している。曲線９２、９４、９６及び９８は、それぞれ５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓ及び１８０ｍ／ｓの速度で衝突する油滴に関する設計空間に対応している。
【００３７】
以上、本明細書で様々な実施形態を説明してきたが、当業者であれば、様々な要素の組合せ、変更、同等物又は改良を使用し得るとともに、これらもやはり本発明の技術的範囲内に含まれることが本明細書から理解されよう。上記の実施形態はタービン部品に関して記載されているが、本発明の実施形態は表面の防汚性が本質的に有用であるその他任意の部品でも利用できることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る、テクスチャーを示す物品の表面の概略断面図である。
【図２】公称的に平坦な表面に配置された流体の略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るタービンの翼形の断面図である。
【図４】様々なｂ／ａ比を有するシリコンポスト上の油滴の写真を示している。
【図５】シリコンポスト構造体に関し、ロールオフ油滴半径をｂ／ａの関数としてプロットしたグラフである。
【図６】シリコン細孔構造体に関し、ロールオフ油滴半径をｂ／ａの関数としてプロットしたグラフである。
【図７】耐衝撃性テクスチャーに関するポストサイズをｂ／ａの関数としてプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  物品
１２  表面
１４  接触角
１６  特徴的形状
２０  高さ
２２  幅
２４  間隔
【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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