(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油滴が接触する樹脂材料からなる接触対象の表面に直接的に形成された複数の溝を備え、
前記接触対象の平滑面と前記油滴とがなす接触角をθｅ（ただし、θｅは２０°以上）とすると、
前記溝の幅Ｗに対する前記溝の深さＤの比率であるアスペクト比ＡＲが、１／ｔａｎθｅで特定される基本クライテリアよりも大である、
ことを特徴とする油滴との撥油性を備える表面構造。
【請求項２】
前記アスペクト比ＡＲが、前記接触角θｅを１０％大きくした場合の前記基本クライテリアに対して大である、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面構造。
【請求項３】
前記アスペクト比ＡＲが、前記接触角θｅを１０％小さくした場合の前記基本クライテリアに対して大である、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面構造。
【請求項４】
前記溝は、前記溝の幅を規定する一方の端縁と他方の端縁を備え、
前記接触対象の表面に接触する前記油滴が、前記一方の端縁から前記溝内に浸入する過程で、
前記溝の底部に到達しないで前記他方の端縁にまで到達できる、
請求項１から３のいずれか一項に記載の表面構造。
【請求項５】
前記接触対象の表面に対する垂線と、前記溝の内壁とがなす傾斜角をθｗとすると、
前記アスペクト比ＡＲが、下記の式（２）で表される傾斜クライテリアよりも大である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の表面構造。
【数１】
0006357118.tif 000005
【請求項６】
前記複数の溝は、前記接触角θｅが４０°以上をなす樹脂材料の表面に形成される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の表面構造。
【請求項７】
複数の前記溝が、ナノインプリントにより形成される、
請求項６に記載の表面構造。
【請求項８】
前記油滴の直径Ｄに対する、前記溝のピッチＰの比率Ｐ／Ｄが１／５以下である、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の表面構造。
【請求項９】
直径が約５０μｍ〜約１００μｍの油滴を想定すると、前記溝の幅が０．１〜１０μｍである、
請求項１から８のいずれか一項に記載の表面構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撥油性を備える表面構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、工作機械においては、切削性能あるいは研削性能を確保するための切削・研削油の他に、工作機械の摺動部分に供給される潤滑油が用いられる。これらの油が工作機械に付着すると切屑がこの油に付着するので、切屑を除去するための清掃を定期的に行う必要があるが、製造現場にとって負担が大きい。したがって、油が付着し得る工作機械の部位が撥油性を備えていれば、切屑が付着するのを抑えることができるか、または、切屑を除去する清掃の負担を軽減できる。
【０００３】
ピラーアレー形状やホールアレー形状など微細な凹凸パターンが形成された表面構造が、例えば特許文献1に示されるように、撥油性を示すことが知られている。特許文献１は、微細な凹凸パターンを形成する突起の高さまたは窪みの直径としては、例えば、１０ｎｍから１０μｍの範囲にあることが好ましく、突起の高さまたは窪みの深さとしては、１０ｎｍから１００μｍの範囲にあることが好ましいとしているが、撥油性を発現する、突起または窪みのより具体的な提言はなされていない。
工作機械に関連して、特許文献２は、深さが０．０２μｍ以上１．０μｍ以下の溝部を有する転がり面に撥油膜を形成することを提案している。しかし、この提案は、撥油剤としてのフッ素系界面活性剤、フッ素系シランカップリング剤、フッ素系ポリマー等のフッ素系処理剤からなる撥油膜の剥離を防止するというものであり、溝と撥油性の関係について言及していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４５８４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１９２３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、表面に凹凸が形成されていると撥油性を得るのに有用であるが、撥油性を高めるのに必要な具体的な表面構造は特定されるに至っていない。そこで、本発明は、例えば工作機械に用いられる油に対して撥油化することができるより具体的な表面構造を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
空気中で針の先に付着した液滴は、表面エネルギが安定した状態となるように、周囲の空気をよけるようにまとまる結果、球状となる。つまり、空気の接触角は、１８０°であり、これが最大の接触角である。なお、ここでいう液滴は、撥油性の実現を目的とする本発明においては、油滴と読み替えることができる。
また、接触角が異なる２つの成分から形成された複合面の一方の成分が空気の場合の接触角を規定するＣａｓｓｉｅ−Ｂａｘｔｅｒの式が式（１）として知られている。
【０００７】
【数１】
0006357118.tif 000002
【０００８】
ここで、式（１）におけるｒは、投影面積に対する実際の表面積の割合であり（表面粗さ）、１を超えた値をとる（ｒ＞１）。
ｆは、複合面において液滴が固体からなる接触対象と接している面積の割合であり、０以上、１以下の値をとる（０≦ｆ≦１）。
θCBは、接触対象と液滴とがなす実際の接触角である。
θeは、接触対象に液滴を静置した場合の接触角である。
θairは、空気と液滴とがなす接触角（１８０°）である。
上記の式（１）より、接触対象と油滴との間に空気が巻き込まれると（ｆ＞０）、θCB＞θｅとなるため、撥油化される。接触対象に油滴が点接触していると（ｆが小）より撥油化される。
【０００９】
上記のように、接触対象と油滴との間に空気が巻き込まれると撥油化される。そうだとして、具体的にどのような表面形状であれば空気の巻き込み現象が発生するか否かを突き止めることができれば、接触角を制御できると解される。
上記の着想に基づいて、本発明者が実験を行いながら鋭意探求した結果、本発明が完成された。
【００１０】
本発明の油滴との撥油性を備える表面構造は、樹脂材料からなる接触対象の表面に直接的に形成された複数の溝を備え、接触対象の平滑面と油滴とがなす接触角をθｅ（ただし、θｅは２０°以上）とすると、溝の幅Ｗに対する溝の深さＤの比率であるアスペクト比ＡＲが、１／ｔａｎθｅで特定される基本クライテリアよりも大であることを特徴とする。
【００１１】
基本クライテリアは、表面構造を構成する溝の形状（深さと幅の関係）に応じて、空気の巻き込みが生じるか否かが決まる事象を捉えることによって設定される。この基本クライテリアは、溝が形成された表面構造の撥油化を決定するものであり、アスペクト比ＡＲが基本クライテリアを上回ると撥油化し、下回ると親油化する。
したがって、基本クライテリアよりも大きい領域内でアスペクト比ＡＲを定めることにより、必要な撥油性を得ることができる。
【００１２】
本発明による基本クライテリアは、接触対象の表面に配置された油滴が、溝の幅方向の一方の端縁から溝内に浸入する過程で、溝の底部に到達しないで溝の他方の端縁にまで到達する事象を捉えることで設定される。油滴が、溝の底部に到達せず、溝を跨ぐようにブリッジして溝の他方の端縁にまで到達すると、撥油化が具現化される。
【００１３】
接触角θｅの測定値はバラツキ易いので、誤差を含む。そのため、接触角θｅを接触角測定値に対して１０％大きくした場合の基本クライテリアに対して大となるように、溝の幅に対する深さの比率を定めることができる。つまり、接触角の測定値（あるいはデータシート等の値）を１０％増で読み替えて基本クライテリアを策定すれば、ブリッジ現象を確実に生じさせて撥油性を発現させることができる。
あるいは、接触角を１０％小さくした場合の基本クライテリアに対して大となるように、溝の幅に対する深さの比率を定めることも許容される。その場合でも、ブリッジ現象が生じることで、撥油性を発現させることができる。
【００１４】
本発明の表面構造において、接触対象の表面に対する垂線と、溝の内壁とがなす傾斜角をθｗとすると、アスペクト比ＡＲが、下記の式（２）で表される傾斜クライテリアよりも大であることが好ましい。
【００１５】
【数２】
0006357118.tif 000003
【００１６】
溝の内壁が表面の垂線に対して傾斜していると、内壁が垂線に沿っているのと比べて、油滴のブリッジが成立するために余分に深さを必要とする。
そして、傾斜角が一定以上に大きくなると、油滴のブリッジが成立しなくなる。
上記の傾斜クライテリアは、三角関数を用いる幾何学計算により、傾斜角θｗと溝の深さ／幅との関係を求めることによって定められる。
この傾斜クライテリアを用いることにより、表面に対して傾斜した内壁を有する溝についても、基本クライテリアを拡張して適用することができる。
【００１７】
本発明の表面構造において、接触角θｅが４０°以上をなす樹脂材料の表面に形成されることが好ましい。接触角θｅが４０°より小さい接触対象についても、アスペクト比ＡＲが基本クライテリア又は傾斜クライテリアより大であれば、撥油性を得ることができる。しかし、接触角θｅが小さい範囲は、クライテリアを規定する１／ｔａｎθｅの線分の傾斜が大きいために、撥油性を確実に得るためのアスペクト比ＡＲを厳密に制御する必要がある。これに対して、接触角θｅが４０°以上であれば、当該線分の傾斜が小さいので、アスペクト比ＡＲをそれほど厳密に制御しなくても、確実に撥油性を得ることができる。そして、樹脂材料は金属材料に比べて総じて接触角θｅが大きいので、樹脂材料に本発明らよる表面構造を作り込み、これを金属材料からなる部材に被覆することにより、金属部材に実質的に優れた撥油性を負荷することができる。もちろん、金属部材に被覆することなく、当該樹脂材料を単独で使用することもできる。
【００１８】
樹脂材料に本発明の表面構造を適用する場合には、ナノインプリントにより複数の溝を形成するのが好ましい。これにより、微小な幅及び深さの溝を形成することができる。また、油滴の直径Ｄに対する溝のピッチＰの比率Ｐ／Ｄが１／５以下であることが好ましい。これらにより、直径が５０〜１００μｍという油滴であっても、０．１〜１０μｍの幅の溝を容易に形成することができ、接触対象に優れた撥油性を与えることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、１／ｔａｎθｅで特定される基本クライテリアを提起することにより、撥油化が達成される具体的な表面構造を提案することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る接触対象の表面を示す斜視図である。
【図２】フィンに形成された表面構造の溝の深さ／幅について、撥油化と親油化の境界を規定する基本クライテリアを示す図である。
【図３】接触角に対する感度評価に用いる形状因子を示す図である。
【図４】感度評価の結果を示す図である。
【図５】表面構造に油滴が接触して拡がる様子を示す図である。
【図６】溝が深い場合に空気の巻き込みが生じることを説明するための図である。
【図７】溝が浅い場合に空気の巻き込みが生じないことを説明するための図である。
【図８】（ａ）は、基本クライテリアの策定に用いた表面構造の溝のモデルを示す図であり、（ｂ）は図２を再掲するものである。
【図９】溝の表面に対して溝の内壁が傾斜している場合について説明するための図である。
【図１０】図９のように溝の内壁が傾斜している場合について、撥油化と親油化の境界を規定する傾斜クライテリアを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る油滴が接触する接触対象１０の表面構造１０Ａを示す。
表面構造１０Ａは、接触対象の表面１１と、表面１１に形成された多数の溝１２とを備える。
それぞれの溝１２は、横断面が矩形状で、直線状に延びており、所定の間隔をおいて互いに平行に配列される。溝１２の長さ方向に直交する方向の寸法（幅１２Ｗ）は、油滴の径に対して十分に小さい。
【００２２】
表面構造１０Ａにおいては、溝１２の幅１２Ｗに対する深さ１２Ｄの比率であるアスペクト比ＡＲ（以下、単にアスペクト比ＡＲ）が所定の基本クライテリアＣｒ１（図２）に基づいて定められることで、撥油性を獲得できる。
基本クライテリアＣｒ１は、接触対象１０の平滑面と油滴とがなす接触角をθｅとしたとき、１／ｔａｎθｅで表される。アスペクト比ＡＲが、この基本クライテリアＣｒ１よりも大となるように、溝１２の形状が定められる。
すなわち、アスペクト比ＡＲは、表面構造１０Ａの接触角を左右する要素の一つでありアスペクト比ＡＲを規定する基本クライテリアＣｒ１は、溝１２が形成された表面構造１０Ａの撥油化および親油化の境界を決定する。
【００２３】
図２は、接触対象の平滑面と油滴とがなす接触角θｅと、アスペクト比ＡＲとの関係を示す。接触角θｅは、溝１２が形成されていない平滑面と油滴とがなす接触角であり、油滴の大きさや、接触対象が設置される姿勢に関わらず一定とする。ただし、油の物性に応じて、接触角θｅが定まる。
ここで、基本クライテリアＣｒ１の誤差に対処するため、基本クライテリアＣｒ１に対するマージンを含む基本クライテリア帯Ｂ１を設定することが好ましい。そして、基本クライテリア帯Ｂ１よりも大となるようにアスペクト比ＡＲを定めることで、撥油性を得ることができる。
基本クライテリア帯Ｂ１は、接触角θｅが測定値に対して１０％小さい場合の基本クライテリアＣｒ１１から、接触角θｅが測定値に対して１０％大きい場合の基本クライテリアＣｒ１２までの範囲で特定される。
接触角θｅが測定誤差を含んでいたとしても、アスペクト比ＡＲが基本クライテリア帯Ｂ１よりも大きい領域Ｆ１では、表面構造１０Ａは撥油化される。
【００２４】
一方、アスペクト比ＡＲが基本クライテリアＣｒ１よりも小さい領域Ｆ２では、表面構造１０Ａは親油化される。但し、アスペクト比ＡＲが基本クライテリアＣｒ１よりも小さくても基本クライテリア帯Ｂ１の下限値Ｃｒ１１よりは大きければ（Ｃｒ１１からＣｒ１までの範囲）、後述するブリッジ現象が成立して表面構造１０Ａが撥油化されうるので、当該範囲にアスペクト比ＡＲを設定することも許容される。
【００２５】
以下、基本クライテリアＣｒ１を特定するに至った経緯を説明する。
接触角に影響を及ぼす要素の一つとして、本発明者は、接触対象と液滴との間の空気の巻き込みに着目した。
その一方で、品質工学として著名なタグチメソッドを用いて、接触角に対する形状因子の感度評価を行った。なお、この評価は水を用いて行った。
評価に用いた形状因子は、図３に示すように、幅１２Ｗ、深さ１２Ｄ、ピッチ１２Ｐ、溝１２の断面形状（矩形、Ｕ字（円弧状を含む）、Ｖ字）、および複数の溝１２がなすパターン（格子状、縞状、点状）である。
感度評価には、タグチメソッドのＬ１８に基づいて１８個の供試体を用いた。幅１２Ｗ、深さ１２Ｄ、およびピッチ１２Ｐは、それぞれ３段階に振っている。また、形状因子の他の要素として、Ａｌ合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、および化成処理をしたＡｌ合金から形成された供試体を試した。
感度評価により、図４に示す結果が得られた。図４の縦軸は、各因子が接触角に及ぼす影響の度合（感度）を示しており、図の上方にいくほど撥水化、つまり濡れにくくなり、図の下方にいくほど親油化、つまり濡れやすくなる。図４の結果によると、接触角に対して、幅１２Ｗ、深さ１２Ｄおよびパターンの感度が他の因子と比べて大きい。
【００２６】
ここで、幅１２Ｗが狭いほど、または深さ１２Ｄが深いほど撥水化し、逆に、幅１２Ｗが広いほど、または溝１２の深さ１２Ｄが浅いほど親水化する。
このように、幅１２Ｗおよび深さ１２Ｄの違いにより、何故、撥水化または親水化されるのか、そのメカニズムについて考察するにあたり、下記の条件を設定する。
条件１：液滴の径に対して、表面構造１０Ａの凹凸の構造（幅１２Ｗ、深さ１２Ｄ、ピッチ１２Ｐ等）は十分に小さい。
条件２：接触対象の平滑面と液滴とがなす接触角θｅは常に一定である。
条件３：液滴は、その表面積が小さくなるように挙動する（表面エネルギの最小化）。
【００２７】
そして、図５に示すように、油滴１４が表面構造１０Ａに静置され、接触対象との間に空気１５を巻き込みながら自重により拡がる様子を想定する。
油滴１４は、表面構造１０Ａに接触する前は、球状であり（図５（ａ））、油滴１４の球面の一部が表面構造１０Ａの表面１１に接触する（図５（ｂ））。
その後、油滴１４は、接触した凸状をなす表面１１Ａから、両側の溝１２，１２を跨いで隣の表面１１Ｂ，１１Ｃにも接触する（図５（ｃ））。それを油滴の体積に応じた回数だけ繰り返しながら、油滴１４は拡がり、安定する（図５（ｄ））。図５（ｄ）の状態において、表面構造１０Ａと油滴１４とが実際になす接触角θが測定されることとなる。
なお、タグチメソッドによる感度評価自体は水を用いて行ったものであるが、図５に示される自重による広がる様子は、油についても当然に当てはまる。
【００２８】
上記のように、表面構造１０Ａと接触した直後からの油滴１４の挙動を捉えることにより、撥油化、親油化されるメカニズムについて考察する。
まず、溝１２が十分に深く、アスペクト比ＡＲ（１２Ｄ／１２Ｗ）が大きい場合について、図６を参照して述べる。
図６（ａ）に示すように、油滴１４が、表面構造１０Ａの表面１１Ａに接触する。油滴１４の径に対して、表面構造１０Ａの凹凸の構造は十分に小さいため（条件１）、油滴１４は、溝１２，１２の間の凸部の頂面である表面１１Ａに接触し、溝１２の開口の一方の端縁１２１にまで拡がる。
そして、図６（ｂ）に示すように、油滴１４の一部が端縁１２１から溝１２の内壁１２３に沿って浸入する。このとき、接触対象と油滴１４とがなす角は、θｅである（条件２）。接触角θｅは、接触対象の垂直面についても一定であり、図６（ａ）〜（ｄ）を通じて不変である（図７（ａ）〜（ｄ）でも同様）。
【００２９】
その後、図６（ｃ）に示すように、油滴１４が溝１２内のより奥へと浸入しようとするが、油滴１４は、溝１２の底部１２４には到達しないで溝１２の他方の端縁１２２（対岸側）に到達する。こうして油滴１４が溝１２を跨いで対岸の表面１１Ｂに到達したときの溝１２内の油滴１４の断面形状は、条件３より、図６（ｃ）に示すように直線で近似することができる。
油滴１４が対岸に到達すると、油滴１４によって溝１２の内側Ｉｎが外側に対して閉塞されるので、油滴１４と接触対象との間に空気１５が巻き込まれる。
【００３０】
油滴１４は、さらに、図６（ｄ）に示すように、表面１１Ｂ上を拡がる。このとき、油滴１４は、表面積を小さくするように挙動するので（条件３）、溝１２内で下方へと膨らむことなく、直線状を維持すると推定できる。
そして、溝１２内に空気１５を巻き込みながら、図６（ａ）〜（ｄ）を繰り返し、安定する（図５（ｄ）参照）。
なお、図６は、油滴１４を部分的に示しているが、図示しない左側の部分においても同様に油滴１４が拡がる。
また、溝１２の長さ方向（紙面に直交する方向）にも油滴１４は拡がり、自重と表面張力とがバランスして安定する。
【００３１】
次に、溝１２が浅く、アスペクト比ＡＲ（１２Ｄ／１２Ｗ）が小さい場合について、図７を参照して述べる。
図７（ａ）に示すように、油滴１４が、表面構造１０Ａの表面１１Ａに接触する。油滴１４の径に対して、表面構造１０Ａの凹凸の構造は十分に小さいため（条件１）、油滴１４は、溝１２，１２の間の凸部の頂面である表面１１Ａに接触し、溝１２の開口の一方の端縁１２１にまで拡がる。
そして、図７（ｂ）に示すように、油滴１４の一部が端縁１２１から溝１２の内壁１２３に沿って浸入する。このとき、接触対象と油滴１４とがなす角は、θｅである（条件２）。
なお、油滴１４の右側のみを図示しているが、図の左側においても同様に油滴１４が拡がる。
【００３２】
ここまでは、溝１２が深い場合（図６）と同様であるが、溝１２が浅いと、図７（ｃ）に示すように、油滴１４が溝１２の底部１２４に到達し、底部１２４に沿って拡がる。このとき、油滴１４は、溝１２の長さ方向にも拡がる。
そして、油滴１４は、図７（ｄ）に示すように、溝１２の他方の端縁１２２（対岸側）から表面１１Ｂへと溢れ出る。つまり、溝１２が浅い場合は、油滴１４と接触対象との間への空気の巻き込みが生じない。その後、図７（ａ）〜（ｄ）を繰り返し、安定する。
【００３３】
以上で述べた、溝１２が深くアスペクト比ＡＲが大きい場合（図６）と、溝１２が浅くアスペクト比ＡＲが小さい場合（図７）との考察に基づくと、幅１２Ｗ、深さ１２Ｄによってぬれ性（撥油性および親油性）に違いが出るのは、油滴１４が溝１２の一方の端縁１２１から他方の端縁１２２へと溝１２を跨ぐようにブリッジする現象が生じるのか（図６（ｃ））、生じないのか（図７（ｃ））が関係するものと推定される。
つまり、溝１２が深いため、油滴１４が溝１２の底部１２４に到達することなく溝１２の対岸へとブリッジすれば（図６（ｃ））、油滴１４と接触対象との間に空気１５が巻き込まれる。そうすると、撥油化すると推定される。
一方、油滴１４が溝１２の対岸へと到達するよりも早く底部１２４に到達するほどに、溝１２が浅ければ（図７（ｃ））、溝１２内に十分に油滴１４が入り込むので、親油化すると推定される。
【００３４】
以上の考察を基に、図８（ａ）に示すように、表面構造１０Ａを構成する溝１２のモデルを作成した。このモデルに基づいて、幅１２Ｗおよび深さ１２Ｄについての幾何学的関係を求める。
ここで、簡単のため、溝１２の横断面を表す２次元形状で取り扱い、溝１２内に浸入した油滴の形状は直線で表せるものとする。
幅１２Ｗの値をＡとおくと、深さ１２Ｄの値はＡ／ｔａｎθｅと表せるので、アスペクト比ＡＲは、１／ｔａｎθｅである。この１／ｔａｎθｅ（基本クライテリアＣｒ１）が、撥油化と親油化の境界をなす。
つまり、油滴１４が溝１２内に入り込む過程で、底部１２４よりも先に対岸（端縁１２２）に到達すれば（図６（ｃ））撥油化し（図２の領域Ｆ１）、対岸よりも先に底部１２４に到達すれば（図７（ｃ））親油化するのであり（図２の領域Ｆ２）、対岸／底部に付くか付かないかの瀬戸際に、撥油化／親油化の境界を設定することができる。
【００３５】
図８（ｂ）に示すように、例えば、接触対象１０の平滑面における接触角θｅが６０°だとすれば、基本クライテリアＣｒ１（深さ／幅）は約０．７であり、０．７より大きいアスペクト比ＡＲの溝を当該部材の表面に形成すれば、空気の巻き込みが生じて、当該表面は撥油化する。同様に、接触角θｅが４０°であれば、約１．２より大きいアスペクト比ＡＲの溝を、接触角θｅが３０°であれば、約２．０より大きいアスペクト比ＡＲの溝を、さらに、接触角θｅが２０°であれば、約２．７より大きいアスペクト比ＡＲの溝を当該部材の表面に形成すれば、当該表面は撥油化する。
【００３６】
以上で説明したように、本実施形態によれば、接触対象１０の表面に基本クライテリアＣｒ１から導かれる形状の溝１２を形成することにより、接触対象１０の表面に必要な撥油性を与えることが可能となる。
【００３７】
以上で述べた基本クライテリアＣｒ１は、表面１１に対して垂直な内壁１２３を有し、矩形の断面形状をした溝１２（図８（ａ））についてのものである。
以下、表面１１に直交する垂線に対して内壁１２３が傾斜している場合について、図９を参照して説明する。
図９（ａ），（ｂ）に示す内壁１２３は、表面１１に直交する垂線Ｌ１に対してθｗだけ傾斜しており、図９（ａ）は、傾斜角θｗが小さい場合を示し、図９（ｂ）は、傾斜角θｗが大きい場合を示している。
【００３８】
垂線Ｌ１に対して内壁１２３が傾斜していると、内壁１２３が垂線Ｌ１に沿っている場合と比べて、油滴１４のブリッジが成立するために余分に深さを必要とする（図９（ａ））。
そして、接触角θｅと傾斜角θｗとの幾何学的関係により、一定以上に傾斜角θｗが大きくなると（図９（ｂ））、図１０のグラフから読み取れるように、油滴１４のブリッジが成立しなくなる。
三角関数を用いる幾何学計算により、傾斜角θｗとアスペクト比ＡＲとの関係を求めると、油滴１４のブリッジが生じるか否かを分ける傾斜クライテリアＣｒ２（図１０）を定めることができる。
【００３９】
傾斜クライテリアＣｒ２（深さ／幅）は、次の式（３）により表される。
【００４０】
【数３】
0006357118.tif 000004
【００４１】
図１０は、接触角θｅが８４°（アルミニウム材）の場合の傾斜クライテリアＣｒ２を示す。上述したように、傾斜角θｗが０から大きくなるにつれて、ブリッジが成立するために必要となる深さが増大し、傾斜角θｗが一定以上（ここでは約４５°以上）となるとブリッジが生じない。
例えば、傾斜角θｗが２０°である場合は、アスペクト比ＡＲが傾斜クライテリアＣｒ２である０．４を上回ると撥油化し（上向きの矢印参照）、その比率が０．４を下回ると親油化する（下向きの矢印参照）。
【００４２】
ここで、基本クライテリアＣｒ１の場合と同様に、傾斜クライテリアＣｒ２と、それよりも上側と下側との近傍の値を含む傾斜クライテリア帯Ｂ２を設定することが好ましい。
傾斜クライテリア帯Ｂ２は、接触角θｅが測定値に対して１０％小さい場合の傾斜クライテリアＣｒ２１から、接触角θｅが測定値に対して１０％大きい場合の傾斜クライテリアＣｒ２２までの範囲をいう。
接触角θｅが測定誤差を含んでいても、アスペクト比ＡＲが傾斜クライテリア帯Ｂ２よりも大きい領域では確実に撥油化される。
アスペクト比ＡＲが傾斜クライテリアＣｒ２よりも小さくても傾斜クライテリア帯Ｂ２の下限値Ｃｒ２１よりは大きければ（Ｃｒ２１からＣｒ２までの範囲）、ブリッジ現象が成立して撥油化されうるので、当該範囲にアスペクト比ＡＲを設定することも許容される。
傾斜クライテリアＣｒ２により撥油化の領域ＦＡと隔てられる親油化の領域ＦＢにおいて、幅１２Ｗに対する深さ１２Ｄの比率を増大させていくと、親水性が強調される（図１０において右上の箇所）。これは、溝１２が深いために比表面積が増大すること（表面粗さｒの増大）による。
【００４３】
表面構造１０Ａの溝１２の断面形状は、矩形（図８（ａ））や台形（図９）に限らず、Ｕ字やＶ字であってもよい。Ｕ字やＶ字の場合は、内壁１２３に沿って傾斜角θｗを設定することで、傾斜クライテリアＣｒ２を利用してアスペクト比ＡＲを定めることができる。
図４に示した形状因子の感度評価に用いた溝１２の断面形状（図３）と、図４の評価結果によれば、傾斜角θｗが小さいほど油滴１４のブリッジが成立し易いので撥油化し、傾斜角θｗが大きいほど親油化しやすいことが示唆されている。
【００４４】
幅１２Ｗは、ブリッジを成立させるために油滴の径の約１／５以下に設定することが好ましい。また、油滴の大きさと溝１２の数の関係について図５（ｄ）を参照して言及すると、液滴１４に対して、少なくとも溝１２が４つ含まれることが、ブリッジ成立の観点から好ましい。つまり、液滴の直径Ｄに対する溝のピッチＰの比率Ｐ／Ｄが１／５以下であることが好ましい。具体的な数値に言及すると、例えば、直径が約５０μｍ〜約１００μｍの油滴１４を想定すると、溝１２の幅１２Ｗは０．１〜１０μｍにすることが好ましい。
隣接する溝１２間のピッチ１２Ｐは、０より大きい値を任意に設定することができる。溝１２間のピッチ１２Ｐを変えて実験した際に、ピッチ１２Ｐが幅１２Ｗの２倍未満である領域において最良の撥油性を発現しており、ピッチ１２Ｐを幅１２Ｗの２倍としても撥油化する結果が得られている。そのため、溝１２間のピッチ１２Ｐは、幅１２Ｗの約２倍以下の値を設定することができる。例えば、溝１２間のピッチ１２Ｐは、約５μｍ〜約４００μｍに設定することができる。
溝１２間のピッチ１２Ｐは、均等であってもよいし不均等であってもよい。
【００４５】
溝１２のパターンは、接触対象１０の一端から他端まで連続する長いもの、断続する短いもの、直線状、曲線状など任意であるが、図４に示した形状因子の感度評価において点状よりも縞状、格子状の方が撥油化することから、細長い区間を有するパターンを好適に採用することができる。
なお、格子状の場合、直線と直線とが交差する部分で油滴が一方の直線から他方の直線へと斜めに移動する。そのため、直線同士の交差部では、溝１２の深さ１２Ｄに対して幅１２Ｗ（縦線と横線とに交差する対角線）が相対的に大きくなるのに対して、縞状の場合は、パターン全体に亘り幅１２Ｗが一定である。このため、縞状のパターン全体に亘り、ブリッジが成立し易いことが、縞状のパターンが撥油化の効果に優れる要因の一つであると推察される。
【００４６】
次に、上述の基本クライテリアＣｒ１および傾斜クライテリアＣｒ２に基づいて一定以上に深い溝１２を有する表面構造１０Ａを得る接触対象１０としては、例えば工作機械を構成する金属部材そのものにすることができるが、樹脂製のフィルムに本発明による表面構造を形成し、これを撥油性が要求される部位に被せることができる。
金属部材に本発明の表面構造を適用する場合には、転写ローラ、転写金型を用いて必要な溝を転写により形成することができる。また、レーザ加工、切削によっても本発明の表面構造を形成することができる。
一方、樹脂製のフィルムに本発明による表面構造を形成するには、ナノインプリントを適用することが好ましく、特に深さ及び幅の小さい溝１２については、ナノインプリントを適用することが好ましい。ナノインプリントは、型に形成された微小な凹凸を樹脂やガラスに転写する手法であり、ガラス転移点のある材料に適用される。ナノインプリントにより、０．１μｍ〜１０μｍ程度の規模で溝１２に微細構造を付与することができる。
【００４７】
上記実施形態の表面構造１０Ａは、基本クライテリアＣｒ１および傾斜クライテリアＣｒ２を用いて撥油化を図ることで、撥油性を発現するが、基本クライテリアＣｒ１および傾斜クライテリアＣｒ２を用いて親油化を図ることで、親水性を発現する表面構造１０Ａを提供できることは言うまでもない。
本発明によれば、アスペクト比ＡＲを規定する基本クライテリアＣｒ１、溝１２の内壁の傾きを考慮した傾斜クライテリアＣｒ２を用いることにより、十分に高い撥油性を確保することができる。
【００４８】
以上の検討結果に基づいて、撥油性の評価を具体的に行った実験例を説明する。
接触対象として以下の３種類の供試材Ａ，Ｂ，Ｃを用意し、以下の切削油の接触角θを測定した。
供試材Ａ：ステンレス鋼（ＪＩＳ  ＳＵＳ）
供試材Ｂ：フッ素樹脂フィルム（テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体；ＰＦＡ）
供試材Ｃ：供試材Ｂにナノインプリントにより、アスペクト比ＡＲ＝２の溝１２を形成。深さ１２Ｄ＝１μｍ，幅１２Ｗ＝０．５μｍ、ピッチ１２Ｐは１μｍである。
切削油：ＤＥＥ オイルヘビーミディアム（商品名）  油滴直径＝１ｍｍ
【００４９】
接触角の測定結果は以下の通りである。
供試材Ａ：１２°
供試材Ｂ：５３°
供試材Ｃ：１０３°
【００５０】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
以上の説明では、本発明の具体的な適用対象として工作機械を例示したが、本発明の適用対象はこれに限るものでなく、油滴の付着があり得るいかなる部位に対しても適用できる。例えば、輸送機械、建築資材、梱包資材、衣料にも本発明を適用することができる。
また、以上では表面１１が平坦な接触対象１０を例にして説明したが、本発明における接触対象の形状は問わず、例えば、表面に段差が形成されている部材、表面にうねりが形成されている部材などに広く適用することができる。
また、以上では、撥油性の部材としてＰＦＡを例示したが、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などのフッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレンなどの樹脂材料を用いることができる。これら樹脂材料は、金属材料に比べて接触角が大きく、上述したＰＦＡと同様に、優れた撥油性を発揮することが期待できる。ちなみに、水に対するものであるが、樹脂材料の接触角は以下の通りである。
ＰＴＦＥ：１１４°  ＰＦＡ：１０９°  ＦＥＰ：１１５°
シリコーン樹脂：１１０°  ポリエチレン：８８°
【００５１】
また、本発明における溝の形態は問わず、図３のパターンに示すように格子状、縞状及び点状のいずれであってもよく、また、これらを組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０      接触対象
１０Ａ    表面構造
１１      表面
１２      溝
１２Ｄ    幅
１２Ｐ    ピッチ
１２Ｗ    幅
１４      油滴
１５      空気
２１      シート材
２２      ロール
２３，２４      転写ローラ
２５      金型
２６，２７      金型
１１Ａ〜１１Ｃ      表面
１２１    端縁
１２２    端縁
１２３    内壁
１２４    底部
Ｂ１      基本クライテリア帯
Ｂ２      傾斜クライテリア帯
Ｃｒ１    基本クライテリア
Ｃｒ２    傾斜クライテリア
Ｆ１      領域
Ｆ２      領域
ＦＡ      領域
ＦＢ      領域
Ｌ１      垂線
θｅ      接触角
θｗ      傾斜角
【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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【図１０】
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