DE112019007116T5

DE112019007116T5 - Verfahren zur Herstellung von Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null

Info

Publication number: DE112019007116T5
Application number: DE112019007116.5T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Sakamoto; Hikaru Kurosaki; Tomohiro Ishida
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-12-16
Also published as: JP7257221B2; WO2020202623A1; CN113498463A; JP2020165523A; US20210379883A1

Abstract

Ein Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null unter Verwendung eines ersten Materials und eines zweiten Materials mit einem kleineren Koeffizienten für lineare Ausdehnung als das erste Material, wobei das Verfahren enthält: einen Herstellungsschritt (S1) zum Herstellen eines Laminats, bei dem mehrere erste Plattenmaterialien, die das erste Material umfassen, und mehrere zweite Plattenmaterialien, die das zweite Material umfassen, abwechselnd laminiert sind; und einen In-Ebene-Bearbeitungsschritt (S2) zum Durchführen von Perforationsbearbeitung an den zweiten Plattenmaterialien aus mehreren Richtungen in einer In-Ebene-Richtung einschließlich einer Ebene senkrecht zu einer Laminierrichtung der ersten Plattenmaterialien und der zweiten Plattenmaterialien.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null.
Priorität wird für am 29. März 2019 eingereichte japanische Patentanmeldung Nr. 2019-069023 beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Stand der Technik
Forschung an einem Material, das als ein Metamaterial bezeichnet wird, zieht Aufmerksamkeit auf sich. Das Metamaterial ist ein Material mit Eigenschaften, die bei Materialien in dem Stand der Technik nicht realisiert werden können.
Als das Metamaterial wurde bisher beispielsweise ein optisches Metamaterial mit einem negativen Brechungsindex realisiert. Indessen wird mit der Kommerzialisierung von 3D-Druckern auch ein Material kommerzialisiert, das als ein mechanisches Metamaterial bezeichnet wird.
Als das mechanische Metamaterial hat ein Material mit einer negativen Poissonzahl oder ein Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null mit einem negativen oder Null-Koeffizienten für Wärmeausdehnung besondere Aufmerksamkeit erregt.
Als ein spezifisches Beispiel ist ein Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null, das in PTL 1 unten angegeben ist, bekannt. Bei dem in PTL 1 angegebenen Material mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null ist ein drittes Element in einem Spalt zwischen oktaedrischen Liganden oder tetraedrischen Liganden aus einem Metalloxid, das negative Wärmeausdehnung aufweist, angeordnet.
Dementsprechend wird die durch die Drehung der Liganden verursachte Verschiebung zwischen den Molekülen des Metalloxids unterdrückt und die negative Wärmeausdehnung wird unterdrückt. Infolgedessen kann die Wärmeausdehnung insgesamt auf Null reduziert werden.
Bei der oben beschriebenen Technik, die in PTL 1 angegeben ist, wird das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null durch chemisches Manipulieren einer Molekülstruktur erhalten.
Indessen wurde auch ein Ansatz vorgeschlagen, bei dem mehrere Materialien kombiniert werden und Elementarzellen, von denen jede eine Gitterstruktur aufweist, miteinander kombiniert werden, um ein Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null zu erhalten.
Bei dem Ansatz kann beispielsweise ein Verfahren zur Montage von Materialien, von denen jedes in einer Stabform geformt ist, um eine Gitterstruktur zu erzeugen, oder ein Verfahren zum dreidimensionalen Formen der Struktur unter Verwendung eines 3D-Druckers in Betracht gezogen werden.
Zitatliste
Patentliteratur
[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-173359 Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Das oben beschriebene Verfahren zur Montage der Materialien nacheinander ist jedoch unter dem Gesichtspunkt der Genauigkeit und Produktivität nicht realistisch. Darüber hinaus weist das Verfahren unter Verwendung eines 3D-Druckers Schwierigkeiten bei der Handhabung mehrerer Materialtypen auf. Insbesondere wenn ein 3D-Drucker verwendet wird, sind große Schwierigkeiten beim Bilden eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null aus mehreren Metallmaterialien vorhanden. Der Grund ist, dass beispielsweise ein 3D-Drucker vom Pulverbetttyp Schwierigkeiten damit aufweist, die mehreren Materialtypen in derselben Schicht zu mischen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null bereitzustellen, das in der Lage ist, ein Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null leicht und genau zu produzieren.
Lösung für das Problem
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null unter Verwendung eines ersten Materials und eines zweiten Materials mit einem Koeffizienten für lineare Ausdehnung, der kleiner als ein Koeffizient für lineare Ausdehnung des ersten Materials ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: einen Herstellungsschritt des Herstellens eines Laminats, bei dem mehrere erste Plattenelemente aus dem ersten Material und mehrere zweite Plattenelemente aus dem zweiten Material abwechselnd laminiert sind; und einen In-Ebene-Bearbeitungsschritt des Durchführens von Durchdringungsbearbeitung an dem zweiten Plattenelement in mehrere Richtungen, die in einer In-Ebene-Richtung einschließlich einer Ebene senkrecht zu einer Laminierrichtung der ersten Plattenelemente und der zweiten Plattenelemente enthalten sind.
Gemäß dem Verfahren dehnt sich das erste Plattenelement mit einem relativ großen Koeffizienten für lineare Ausdehnung in der In-Ebene-Richtung aus, wenn Wärme auf das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null angewendet wird. Derweil ist der Betrag der Wärmeausdehnung gering, da der Koeffizient für lineare Ausdehnung des zweiten Plattenelements relativ gering ist.
Infolgedessen tritt Wärmeausdehnung in der In-Ebene-Richtung auf, aber Wärmeausdehnung in der Laminierrichtung senkrecht zu der In-Ebene-Richtung ist negativ oder Null, oder es zeigt sich eine geringere positive Wärmeausdehnung, als wenn jeweils das erste Material und das zweite Material allein verwendet wird.
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Produktionsverfahren das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nur durch Durchführen der Durchdringungsbearbeitung an dem Laminat erhalten werden. Dementsprechend kann das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null einfacher und in einer kürzeren Zeit erhalten werden als beispielsweise bei einem Verfahren unter Verwendung eines 3D-Druckers.
Bei dem Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null können in dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt mehrere Träger, welche die ersten Plattenelemente miteinander verbinden, aus dem zweiten Plattenelement durch Durchführen der Durchdringungsbearbeitung gebildet werden.
Gemäß dem Verfahren wird das zweite Plattenelement in den mehreren Trägern nur gebildet, indem das Laminat hergestellt wird, in dem die ersten Plattenelemente und die zweiten Plattenelemente abwechselnd laminiert sind, und die Durchdringungsbearbeitung an dem zweiten Plattenelement in den mehreren Richtungen, die in der In-Ebene-Richtung des zweiten Plattenelements enthalten sind, linear durchgeführt wird. Die mehreren Träger verbinden die ersten Plattenelemente miteinander. Das erste Plattenelement mit einem relativ großen Koeffizienten für lineare Ausdehnung dehnt sich in der In-Ebene-Richtung aus, wenn Wärme auf das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null angewendet wird.
Derweil ist der Betrag der Wärmeausdehnung gering, da der Koeffizient für lineare Ausdehnung des Trägers, der aus dem zweiten Plattenelement gebildet ist, relativ gering ist. Infolgedessen tritt Wärmeausdehnung in der In-Ebene-Richtung auf, aber Wärmeausdehnung in der Laminierrichtung senkrecht zu der In-Ebene-Richtung ist negativ oder Null, oder es zeigt sich eine geringere positive Wärmeausdehnung, als wenn jeweils das erste Material und das zweite Material allein verwendet wird.
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Produktionsverfahren das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nur durch Durchführen der Durchdringungsbearbeitung an dem Laminat erhalten werden. Ferner kann das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null einfacher und genauer erhalten werden als beispielsweise bei einem Verfahren, bei dem die ersten Plattenelemente durch die vorab gebildeten Träger sequenziell miteinander verbunden werden.
Bei dem Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null kann in dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt das zweite Plattenelement bearbeitet werden, um eine dreidimensionale Fachwerkstruktur, welche die mehreren Träger enthält, zu bilden.
Gemäß dem Verfahren wird die dreidimensionale Fachwerkstruktur durch die mehreren Träger gebildet. Hier gibt die dreidimensionale Fachwerkstruktur eine Struktur an, in der viereckige Pyramiden, die durch die mehreren Träger gebildet werden, kontinuierlich kombiniert werden.
Es ist bekannt, dass in der dreidimensionalen Fachwerkstruktur, wenn eine äußere Kraft angewendet wird, nur Kompression oder Ziehen in eine Richtung, in die sich der Träger erstreckt, auf jeden der Träger wirkt.
Daher ist in dem wie oben beschrieben konfigurierten Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null die Richtung der Kraft, die in dem Träger erzeugt wird, wenn eine Wärmeausdehnung in dem ersten Plattenelement auftritt, auf eine axiale Richtung des Trägers begrenzt, so dass der Koeffizient für lineare Ausdehnung des Trägers leicht angepasst werden kann.
Insbesondere kann der offenzulegende Koeffizient für lineare Ausdehnung leicht geändert werden, indem die Dicke (Querschnittsfläche in einer Erstreckungsrichtung) des ersten Plattenelements oder des Trägers geändert wird. Dementsprechend können die Eigenschaften des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null mit einem hohen Freiheitsgrad bestimmt werden.
Ferner können die viereckigen Pyramiden, welche die dreidimensionale Fachwerkstruktur bilden, leicht gebildet werden, indem nur die Durchdringungsbearbeitung in zwei Richtungen, die senkrecht zueinander sind, in der Ebene des zweiten Plattenelements durchgeführt wird.
Bei dem Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null kann in dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt die Durchdringungsbearbeitung an dem zweiten Plattenelement in zwei Richtungen, die sich schneiden und in der In-Ebene-Richtung enthalten sind, durchgeführt werden.
Gemäß dem Verfahren kann das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null einfach und genau erhalten werden, indem nur die Durchdringungsbearbeitung in den zwei Richtungen durchgeführt wird, die sich schneiden und in der In-Ebene-Richtung des zweiten Plattenelements enthalten sind. Daher kann das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null zu geringeren Kosten produziert werden.
Ferner können verschiedene dreidimensionale Strukturen, einschließlich der viereckigen Pyramiden, welche die dreidimensionale Trägerstruktur bilden, leicht durch Durchführen einer solchen Durchdringungsbearbeitung gebildet werden.
Das Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null kann ferner einen Diagonalbearbeitungsschritt des Durchführens der Durchdringungsbearbeitung an dem Laminat in mehrere Richtungen, die in Bezug auf die Laminierrichtung und die In-Ebene-Richtung geneigt sind, beinhalten, um das zweite Plattenelement zu einer perforierten Struktur zu bilden, während das erste Plattenelement zu einer Basisplatte mit einer Gitterplattenform gebildet wird.
Gemäß dem Verfahren kann die Durchdringungsbearbeitung nicht nur an dem zweiten Plattenelement, sondern auch an dem daran angrenzenden ersten Plattenelement in der Laminierrichtung durchgeführt werden, indem der Diagonalbearbeitungsschritt ausgeführt wird. Da das erste Plattenelement in der Basisplatte mit einem Gittermuster gebildet ist, können die Eigenschaften des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null mit einem höheren Freiheitsgrad geändert werden als beispielsweise dann, wenn die Bearbeitung nur an dem zweiten Plattenelement durchgeführt wird. Gemäß dem Produktionsverfahren können nämlich verschiedene Elemente mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden.
Bei dem Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null kann in dem Diagonalbearbeitungsschritt die Durchdringungsbearbeitung in vier Richtungen, die sich, in der Laminierrichtung gesehen, schneiden, durchgeführt werden.
Gemäß dem Verfahren können in dem Diagonalbearbeitungsschritt die Eigenschaften des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null in der In-Ebene-Richtung senkrecht zur Laminierrichtung gleichmäßig gemacht werden, indem die Durchdringungsbearbeitung in den vier Richtungen durchgeführt wird, die sich bei Betrachtung in der Laminierrichtung schneiden. Das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null, bei dem keine Abweichung der Direktionalität der Wärmeausdehnung in der In-Ebene-Richtung vorhanden ist, kann nämlich nur durch Durchführen der Durchdringungsbearbeitung erhalten werden.
Ferner kann der Träger durch eine Kombination mit der Durchdringungsbearbeitung in der In-Ebene-Richtung noch dünner gebildet werden. Dementsprechend können die Eigenschaften des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null genauer angepasst werden.
Bei dem Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null kann in dem Diagonalbearbeitungsschritt die Durchdringungsbearbeitung durchgeführt werden, während ein vorstehender Abschnitt aus einer Ecke eines Schnittpunktabschnitts des ersten Plattenelements mit einem Gittermuster in der In-Ebene-Richtung vorstehend belassen wird und während ein Teil der perforierten Struktur den vorstehenden Teil, in einer Bearbeitungsrichtung gesehen, überlappend belassen wird.
Gemäß dem Verfahren wird, während ein Teil der perforierten Struktur den vorstehenden Abschnitt in der Bearbeitungsrichtung überlappend belassen wird, die Durchdringungsbearbeitung so durchgeführt, dass der Strahl aus dem linken Teil der perforierten Struktur gebildet werden kann.
Mit anderen Worten kann, da der vorstehende Abschnitt gebildet wird, die bei der Durchdringungsbearbeitung erforderliche durchdringende Form weiter vereinfacht werden. Dementsprechend kann das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null leicht und kostengünstig produziert werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null bereitzustellen, das in der Lage ist, das Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null leicht und genau produzieren.
Figurenliste

1 ist eine Gesamtansicht, die eine Konfiguration eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Ansicht des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null bei Betrachtung in einer A-Richtung in 1.
3 ist eine beschreibende Ansicht, die ein Verhalten des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Laminats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6 ist eine Ansicht, die einen Teil eines In-Ebene-Bearbeitungsschritts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
7 ist eine Ansicht, die einen anderen Teil des In-Ebene-Bearbeitungsschritts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
8 ist eine Gesamtansicht, die eine Konfiguration eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
9 ist eine Ansicht des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null bei Betrachtung in der A-Richtung in 8.
10 ist eine Ansicht des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null bei Betrachtung in einer B-Richtung in 8.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
12 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Laminats gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
13 ist eine Ansicht, die einen ersten Bearbeitungsschritt veranschaulicht, der in einem Diagonalbearbeitungsschritt gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
14 ist eine Ansicht des Laminats nach dem ersten Bearbeitungsschritt bei Betrachtung in einer B1-Richtung aus 13.
15 ist eine Ansicht, die einen zweiten Bearbeitungsschritt veranschaulicht, der in dem Diagonalbearbeitungsschritt gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
16 ist eine Ansicht des Laminats nach dem zweiten Bearbeitungsschritt bei Betrachtung in einer B2-Richtung aus 15.
17 ist eine Ansicht, die einen dritten Bearbeitungsschritt veranschaulicht, der in dem Diagonalbearbeitungsschritt gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
18 ist eine Ansicht des Laminats nach dem dritten Bearbeitungsschritt bei Betrachtung in einer B3-Richtung aus 17.
19 ist eine Ansicht, die einen vierten Bearbeitungsschritt veranschaulicht, der in dem Diagonalbearbeitungsschritt gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
20 ist eine Ansicht des Laminats nach dem vierten Bearbeitungsschritt bei Betrachtung in einer B4-Richtung aus 19.
21 ist eine Ansicht, die einen Teil eines In-Ebene-Bearbeitungsschritts gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
22 ist eine Ansicht des Laminats bei Betrachtung in der A-Richtung aus 21.
23 ist eine Ansicht, die einen anderen Teil des In-Ebene-Bearbeitungsschritts gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
24 ist eine Ansicht des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null bei Betrachtung in einer A'-Richtung aus 23.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben. Wie in 1 veranschaulicht, ist ein Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Plattenform ausgebildet und beinhaltet mehrere Basisplatten 1, die in Abständen in einer Dickenrichtung angeordnet sind, und eine dreidimensionale Trägerstruktur 2, welche die Basisplatten 1 miteinander verbindet.
Der Koeffizient für lineare Ausdehnung eines Materials, das die Basisplatte 1 bildet, ist relativ gesehen größer als der Koeffizient für lineare Ausdehnung eines Materials, das die dreidimensionale Trägerstruktur 2 bildet. Die mehreren Basisplatten 1 sind in gleichen Abständen angeordnet, um über den gesamten Erstreckungsbereich einander zugewandt zu sein.
Die dreidimensionale Trägerstruktur 2 beinhaltet mehrere Träger 21, die sich in Richtungen erstrecken, die sich schneiden. Jeder der Träger 21 weist eine Stabform auf.
In der dreidimensionalen Trägerstruktur 2 verbinden vier Träger 21 einen (ersten Stützpunkt 31) von mehreren Stützpunkten, die in einem Gittermuster auf einer Oberfläche einer Basisplatte 1 eines Paares der Basisplatten 1, die einander zugewandt sind, angeordnet sind, und vier Stützpunkte (zweite Stützpunkte 32), die in einem Gittermuster auf einer Oberfläche der anderen Basisplatte 1 angeordnet sind.
Bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu der Basisplatte 1 sind der erste Stützpunkt 31 und der zweite Stützpunkt 32 an Positionen angeordnet, an denen sich ihre Positionen nicht überlappen, und sind in gleichen Abständen voneinander in einem Gittermuster angeordnet. Die vier Träger 21 bilden nämlich eine viereckige Pyramide mit einem ersten Stützpunkt 31 als einem Scheitelpunkt und einer Bodenfläche einer viereckigen Form, die auf der Basisplatte 1 durch vier zweite Stützpunkte 32 gebildet ist. Die mehreren Träger 21 weisen alle dieselbe Länge auf.
Die oben beschriebenen dreidimensionalen Trägerstrukturen 2 sind spiegelsymmetrisch in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene angeordnet, in der die Basisplatte 1 verbreitert ist, wobei die Basisplatte 1 dazwischen angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der andere erste Stützpunkt 31 auf einer Seite (auf der anderen Oberfläche der Basisplatte 1) gegenüber einem ersten Stützpunkt 31 auf einer Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet.
In dem Beispiel aus den 1 und 2 ist eine Konfiguration veranschaulicht, bei der die Basisplatte 1 und die dreidimensionale Trägerstruktur 2 über vier Schichten laminiert sind. Zusätzlich ist, wie in 2 veranschaulicht, bei Betrachtung in einer A-Richtung in 1, nämlich bei Betrachtung in einer Richtung, in der sich die Träger 21 überlappen, ein Durchgangsloch 41 mit einem Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks und dadurch in der A-Richtung durchdringend zwischen einem Paar der Träger 21 und der Basisplatte 1 gebildet. Mit anderen Worten weist das Durchgangsloch 41 bei Betrachtung in der A-Richtung die gleiche Querschnittsfläche und Querschnittsform über den gesamten Bereich in der A-Richtung auf.
Außerdem wird die A-Richtung wie folgt detaillierter dargestellt.
Zunächst ist, wie in 1 veranschaulicht, eine Erstreckungsrichtung einer Seite der Basisplatte 1 in dem Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null eine x-Achsenrichtung, wobei eine Erstreckungsrichtung der anderen Seite senkrecht zu der einen Seite entlang einer y-Achse festgelegt ist und eine Richtung senkrecht zu einer x-Achse und der y-Achse entlang einer z-Achse festgelegt ist.
Zu diesem Zeitpunkt ist für die x-Achse und die y-Achse die Einheitslänge die halbe Distanz zwischen den ersten Stützpunkten 31 und dem zweiten Stützpunkt 32, die in den Richtungen der x-Achse und des y-Achse angeordnet sind und aneinander angrenzen, und ist für die z-Achse ist die Einheitslänge der Abstand zwischen den aneinander angrenzenden Basisplatten.
Die Basisplatte 1 ist nämlich in einer x-y-Ebene verbreitert und die Basisplatte 1 und die dreidimensionale Trägerstruktur 2 sind in einer z-Achsenrichtung laminiert (übrigens kann in der folgenden Beschreibung eine Ebenenrichtung einschließlich der x-y-Ebene vorliegen als eine „In-Ebene-Richtung“ bezeichnet werden und kann die z-Achsenrichtung als eine „Laminierrichtung“ bezeichnet werden).
In diesem Fall wird die A-Richtung als (-1, 1, 0) als ein dreidimensionaler Vektor ausgedrückt. Wenn nämlich die Einheitslängen der x-Achse und der y-Achse in der Ebene gleich sind, in der die Basisplatte 1 verbreitert ist, entspricht die A-Richtung einer Richtung, die 45° diagonal zu dem Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null zeigt.
Als Nächstes wird ein Verhalten des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
In 3 sind typischerweise nur das Paar von Basisplatten 1 und die dreidimensionale Trägerstruktur 2 einer Schicht veranschaulicht, die zwischen den Basisplatten 1 bereitgestellt ist.
Wenn auf das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null Wärme angewendet wird, zeigen die Basisplatten 1 und die dreidimensionale Trägerstruktur 2 das folgende Verhalten.
Zuerst dehnt sich die Basisplatte 1 in einer Ebenenrichtung (Richtung des Pfeils Da in 3) aus, in der sich die Basisplatte 1 erstreckt (Basisplatte 1a). Daher wird der Abstand zwischen den oben beschriebenen ersten Stützpunkten 31 erweitert.
Da hier der Koeffizient für lineare Ausdehnung des Trägers 21 kleiner als der Koeffizient für lineare Ausdehnung der Basisplatte 1 ist, ist der Betrag der Wärmeausdehnung des Trägers 21 kleiner als der Betrag Wärmeausdehnung der Basisplatte 1. Dementsprechend wird der Abstand zwischen den oben beschriebenen ersten Stützpunkten 31 erweitert (erste Stützpunkte 31a) und wird das Paar von Trägern 21 wird in eine Richtung gezogen, in der sich die Basisplatte 1 ausdehnt (Träger 21a). Infolgedessen wird die andere Basisplatte 1 in eine Richtung verschoben, um sich der einen Basisplatte 1 zu nähern (Richtung des Pfeils Db in 3).
Auf diese Weise erfolgt die Ausdehnung in der Ebenenrichtung (Da-Richtung), in der die Basisplatte 1 verbreitert wird, während die Wärmeausdehnung in der Dickenrichtung (Laminierrichtung: Db-Richtung) senkrecht zu der Ebenenrichtung unterdrückt wird (der Koeffizient für lineare Ausdehnung in der Laminierrichtung ist ein Wert, der kleiner als derjenige des Trägers 21 ist, nämlich Null oder negativ). Zusätzlich kann eine Schrumpfung in der Laminierrichtung durch Ändern der Dicke des Trägers 21 Null gesetzt werden.
Wenn andererseits Wärme auf ein festes Plattenelement aus einem gleichmäßigen Material im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null angewendet wird, tritt die dem Material inhärente Wärmeausdehnung in der Ebenenrichtung und der Dickenrichtung auf. In dem Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null können nämlich Eigenschaften realisiert werden, die in dem Stand der Technik schwer zu offenbaren sind.
Anschließend wird ein Verfahren zum Produzieren des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 beschrieben. Wie in 4 veranschaulicht, beinhaltet das Produktionsverfahren einen Herstellungsschritt S1 und einen In-Ebene-Bearbeitungsschritt S2.
In dem Herstellungsschritt S1 wird ein Laminat 5 hergestellt, in dem mehrere erste Plattenelemente 51 und mehrere zweite Plattenelemente 52, von denen jedes eine Plattenform aufweist, abwechselnd laminiert werden (siehe 5).
Der Koeffizient für lineare Ausdehnung eines Materials (erstes Material), welches das erste Plattenelement 51 bildet, ist so festgelegt, dass er größer ist als der Koeffizient für lineare Ausdehnung eines Materials (zweites Material), welches das zweite Plattenelement 52 bildet.
Als das erste Material und das zweite Material werden beispielsweise Edelstahl (SUS304, SUS310, SUS316 oder SUS410) oder ein Material, das aus Ti6Al4V, einer Legierung auf Ni-Basis (Inconel 600 oder 718), einem Stahl mit hohem Chromgehalt (9Cr oder 12Cr), einem 2,25Cr-1Mo-Material und dergleichen ausgewählt ist, auf geeignete Weise verwendet.
Insbesondere kann beispielsweise in Betracht gezogen werden, dass SUS304 als erstes Material verwendet wird und SUS410 mit einem Koeffizienten für lineare Ausdehnung, der kleiner als derjenige von SUS304 ist, als zweites Material verwendet wird. Darüber hinaus ist es beispielsweise auch möglich, SUS304 als das erste Material zu verwenden und Ti6Al4V als das zweite Material zu verwenden. Zusätzlich kann auch eine Aluminiumlegierung, Kupfer, Kohlenstoffstahl oder ein nicht metallisches Material als das erste Material oder das zweite Material verwendet werden.
Zusätzlich wird die Dickenabmessung (Abmessung in der Laminierrichtung) des ersten Plattenelements 51 normalerweise so eingestellt, dass sie kleiner als die Dickenabmessung des zweiten Plattenelements 52 ist. Spezifische Beispiele für das oben beschriebene Laminat 5 beinhalten plattierten Stahl (Crimpstahl) und ein Element, das durch Auftragschweißen laminiert wurde. Übrigens bildet in der vorliegenden Ausführungsform das erste Plattenelement 51 die oben beschriebene Basisplatte 1.
Nach dem Herstellungsschritt S1 wird der In-Ebene-Bearbeitungsschritt S2 ausgeführt. In dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt S2 wird zuerst die Durchdringungsbearbeitung nur an dem zweiten Plattenelement 52 in der oben beschriebenen A-Richtung durchgeführt (siehe 6).
Die hier erwähnte Durchdringungsbearbeitung gibt Bohren (Bearbeitung) durch Schneiden, Laserbearbeitung oder Wasserstrahl an. Insbesondere wird bei der Durchdringungsbearbeitung das Durchgangsloch 41 mit der gleichen Querschnittsform und Querschnittsfläche in einer linearen Richtung in dem zu bearbeitenden Objekt gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Bildung der oben beschriebenen dreidimensionalen Trägerstruktur 2 das Durchgangsloch 41 mit einem Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks, veranschaulicht in 2, in dem zweiten Plattenelement 52 gebildet.
Nachdem die Durchdringungsbearbeitung in der A-Richtung abgeschlossen ist, wird dieselbe Durchdringungsbearbeitung in einer A'-Richtung durchgeführt, welche die A-Richtung in der Ebene des zweiten Plattenelements 52 schneidet (senkrecht dazu) (siehe 7) .
Die A'-Richtung ist (1, 1, 0), wenn sie in einem Vektor, wie oben beschrieben, ausgedrückt wird. In dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt S2 wird nämlich die Durchdringungsbearbeitung in zwei Richtungen durchgeführt, die in der Ebene (In-Ebene-Richtung) enthalten sind, in der das zweite Plattenelement 52 verbreitert ist. Dementsprechend ist die dreidimensionale Trägerstruktur 2 einschließlich der mehreren Träger 21 zwischen dem Paar von Basisplatten 1 gebildet.
Wie oben beschrieben, sind alle Schritte des Verfahrens zum Produzieren des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der vorliegenden Ausführungsform abgeschlossen.
Wie oben beschrieben, wird dem Verfahren zum Produzieren des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der vorliegenden Ausführungsform das zweite Plattenelement 52 n den mehreren Trägern 21 nur gebildet, indem das Laminat 5 hergestellt wird, in dem die ersten Plattenelemente 51 und die zweiten Plattenelemente 52 abwechselnd laminiert sind, und die Durchdringungsbearbeitung an dem zweiten Plattenelement 52 in mehreren Richtungen, die in der In-Ebene-Richtung des zweiten Plattenelements 52 enthalten sind, linear durchgeführt wird. Die mehreren Träger 21 verbinden die ersten Plattenelemente 51 miteinander.
Das erste Plattenelement 51 mit einem relativ großen Koeffizienten für lineare Ausdehnung dehnt sich in der In-Ebene-Richtung aus, wenn Wärme auf das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null angewendet wird. Derweil ist der Betrag der Wärmeausdehnung gering, da der Koeffizient für lineare Ausdehnung des Trägers 21, der aus dem zweiten Plattenelement 52 gebildet ist, relativ gering ist.
Infolgedessen tritt die Wärmeausdehnung in der In-Ebene-Richtung auf, aber die Wärmeausdehnung in der Laminierrichtung senkrecht zu der In-Ebene-Richtung wird unterdrückt (der Koeffizient für lineare Ausdehnung in der Laminierrichtung ist ein Wert, der kleiner als derjenige des Trägers 21 ist, er ist nämlich Null oder negativ).
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Produktionsverfahren das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nur durch Durchführen der einfachen Bearbeitung (Durchdringungsbearbeitung) an dem Laminat 5 erhalten werden. Dementsprechend kann das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null einfacher und in einer kürzeren Zeit erhalten werden als beispielsweise bei einem Verfahren unter Verwendung eines 3D-Druckers.
Darüber hinaus kann die Fertigung unter Verwendung mehrerer Materialtypen, die mit einem 3D-Drucker schwierig ist, leicht durchgeführt werden.
Ferner kann das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null einfacher und genauer erhalten werden als beispielsweise bei einem Verfahren, bei dem die ersten Plattenelemente 51 durch die vorab gebildeten Träger 21 sequenziell miteinander verbunden werden.
Gemäß dem Produktionsverfahren wird ferner die dreidimensionale Fachwerkstruktur 2 durch die mehreren Träger 21 gebildet. Hier gibt die dreidimensionale Fachwerkstruktur 2 eine Struktur an, in der viereckige Pyramiden, die durch die mehreren Träger 21 gebildet werden, kontinuierlich kombiniert werden.
Es ist bekannt, dass in der dreidimensionalen Fachwerkstruktur 2, wenn eine äußere Kraft angewendet wird, nur Kompression oder Ziehen in eine Richtung, in die sich der Träger 21 erstreckt, auf jeden der Träger 21 wirkt. Daher ist in dem wie oben beschrieben konfigurierten Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null die Richtung der Kraft, die in dem Träger 21 erzeugt wird, wenn eine Wärmeausdehnung in dem ersten Plattenelement 51 auftritt, auf eine axiale Richtung des Trägers 21 begrenzt, so dass der offenzulegende Koeffizient für lineare Ausdehnung leicht angepasst werden kann.
Insbesondere kann der Koeffizient für lineare Ausdehnung des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null leicht geändert werden, indem die Dicke (Querschnittsfläche in der Erstreckungsrichtung) des ersten Plattenelements 51 oder des Trägers 21 geändert wird. Dementsprechend können die Eigenschaften des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null mit einem hohen Freiheitsgrad bestimmt werden.
Ferner können die viereckigen Pyramiden, welche die dreidimensionale Fachwerkstruktur 2 bilden, leicht gebildet werden, indem nur die Durchdringungsbearbeitung in zwei Richtungen, die senkrecht zueinander sind, in der Ebene des zweiten Plattenelements 52 durchgeführt wird.
Außerdem kann gemäß dem Produktionsverfahren das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null einfach und genau erhalten werden, indem nur die Durchdringungsbearbeitung in zwei Richtungen durchgeführt wird, die sich schneiden und in der In-Ebene-Richtung des zweiten Plattenelements 52 enthalten sind. Daher kann das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null zu geringeren Kosten produziert werden.
Ferner können verschiedene dreidimensionale Strukturen, einschließlich der viereckigen Pyramiden, welche die dreidimensionale Trägerstruktur 2 bilden, leicht durch Durchführen einer solchen Durchdringungsbearbeitung gebildet werden.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Übrigens können verschiedene Änderungen oder Modifikationen an der obigen Konfiguration oder dem obigen Verfahren vorgenommen werden, solange die Änderungen oder Modifikationen nicht von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abweichen. Beispielsweise wurde in der ersten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem in dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt S2 die Durchdringungsbearbeitung in der A-Richtung und der A'-Richtung, die senkrecht zueinander sind, durchgeführt wird.
In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null, das ein Ziel ist, muss die Durchdringungsbearbeitung jedoch nicht notwendigerweise in zwei Richtungen, die senkrecht zueinander sind, durchgeführt werden und kann die Durchdringungsbearbeitung auch in zwei Richtungen durchgeführt werden, die sich in einem Winkel von weniger als 90° schneiden, oder kann die Durchdringungsbearbeitung auch in einer anderen Anzahl von Richtungen als 2 durchgeführt werden.
[Zweite Ausführungsform]
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 bis 10 beschrieben. Übrigens werden dieselben Konfigurationen oder Schritte wie diejenigen in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
Wie in 8 veranschaulicht, beinhaltet ein Element 200 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Basisplatte 201 und eine dreidimensionale Trägerstruktur 202 und die Form der Basisplatte 201 unterscheidet sich von derjenigen der Basisplatte 1 der ersten Ausführungsform.
Insbesondere ist in der Basisplatte 201 ein Loch (Basisplatten-Lochabschnitt 6) mit einer viereckigen Form mit mehreren (vier) der oben als Scheitelpunkte beschriebenen ersten Stützpunkte 31 gebildet. Dementsprechend weist die Basisplatte 201 ein Gittermuster auf, das die ersten Stützpunkte 31 miteinander verbindet.
Ferner ist ein Vorsprung (vorstehender Abschnitt 7), der in einer In-Ebene-Richtung der Basisplatte 201 vorsteht, an einer Ecke eines Schnittpunktabschnitts der Basisplatte 201 mit einem Gittermuster bereitgestellt. Wie später ausführlich beschrieben wird, ist der vorstehende Abschnitt 7 bereitgestellt, um einen Teil des zweiten Plattenelements 52 in einer Bearbeitungsrichtung zu schützen, um die Träger 21 zu bilden, wenn die Durchdringungsbearbeitung durchgeführt wird. Der vorstehende Abschnitt 7 weist nämlich die gleiche Breite (Abmessung in einer Richtung senkrecht zu einer vorstehenden Richtung in der In-Ebene-Richtung) wie diejenige des Trägers 21 auf, der schließlich erhalten wird.
9 ist eine Ansicht des Elements 200 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null bei Betrachtung in einer diagonalen Aufwärtsrichtung (nachstehend als B-Richtung bezeichnet) in Bezug auf eine Seite der Basisplatte 201 und in Bezug auf eine normale Richtung der in 8 veranschaulichten Basisplatte 201.
Die B-Richtung wird detailliert als (0, 1, -1) als ein Vektor ausgedrückt und entspricht einer diagonalen Richtung von 45°, wenn die Einheitslängen der y-Achse und der z-Achse gleich sind.
Wie in derselben Figur veranschaulicht, werden bei Betrachtung in der B-Richtung Durchgangslöcher 42 gebildet, von denen jedes eine Form eines gleichschenklige Dreiecks mit drei ersten Stützpunkten 31 als Scheitelpunkte aufweist. Ferner ist ein Träger 21, der ein Paar der ersten Stützpunkte 31, die in einer Ebene einschließlich der Laminierrichtung angeordnet sind, miteinander verbindet, zwischen den aneinander angrenzenden Durchgangslöchern 42 angeordnet.
Zusätzlich ist, wie in 10 veranschaulicht, bei Betrachtung des oben in 8 beschriebenen Elements 200 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null in der A-Richtung ((-1,1 ,0) als ein Vektor), nämlich bei Betrachtung in einer Richtung, in der sich die Träger 21 überlappen, ein Durchgangsloch 43 mit einem Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks und dadurch in der A-Richtung durchdringend zwischen einem Paar der Träger 21 und der Basisplatte 201 gebildet.
Mit anderen Worten weist das Durchgangsloch 43 bei Betrachtung in der A-Richtung die gleiche Querschnittsfläche und Querschnittsform (Form eines gleichschenkligen Dreiecks) über den gesamten Bereich in der A-Richtung auf.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Produzieren des Elements 200 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 11 bis 24 beschrieben. Wie in 11 veranschaulicht, beinhaltet das Produktionsverfahren einen Herstellungsschritt S11, einen Diagonalbearbeitungsschritt S12 und einen In-Ebene-Bearbeitungsschritt S13.
In dem Herstellungsschritt S11 wird das Laminat 5 auf die gleiche Weise wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform hergestellt. Das Laminat 5 wird durch abwechselndes Laminieren der mehreren ersten Plattenelemente 51 und der mehreren zweiten Plattenelemente 52 gebildet, von denen jedes eine Plattenform aufweist (siehe 12).
Der Koeffizient für lineare Ausdehnung des ersten Plattenelements 51 ist so festgelegt, dass er größer ist als der Koeffizient für lineare Ausdehnung des zweiten Plattenelements 52 ist. Zusätzlich wird die Dickenabmessung (Abmessung in der Laminierrichtung) des ersten Plattenelements 51 normalerweise so eingestellt, dass sie kleiner als die Dickenabmessung des zweiten Plattenelements 52 ist.
Spezifische Beispiele für das oben beschriebene Laminat 5 beinhalten beispielsweise plattierten Stahl (Crimpstahl) und ein Element, das durch Auftragschweißen laminiert wurde.
Nach dem Herstellungsschritt S11 wird der Diagonalbearbeitungsschritt S12 ausgeführt. In dem Diagonalbearbeitungsschritt S12 wird die Durchdringungsbearbeitung an dem Laminat 5 in mehreren Richtungen (vier Richtungen) durchgeführt, die in Bezug auf die Laminierrichtung und die In-Ebene-Richtung geneigt sind.
Der Diagonalbearbeitungsschritt S12 wird ausführlicher beschrieben. Der Diagonalbearbeitungsschritt S12 beinhaltet einen ersten Bearbeitungsschritt S121, einen zweiten Bearbeitungsschritt S122, einen dritten Bearbeitungsschritt S123 und einen vierten Bearbeitungsschritt S124.
In dem ersten Bearbeitungsschritt S121, wie in 13 veranschaulicht, wird zuerst die Durchdringungsbearbeitung an dem Laminat 5 in einer B1-Richtung durchgeführt. Die B1-Richtung ist eine Richtung, die in der Vektornotation als (-1, 0, -1) ausgedrückt wird. Bei der Durchdringungsbearbeitung wird ein Durchgangsloch 44 mit einem Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks gebildet, welches sich in der B1-Richtung erstreckt, und ein Abschnitt, der in einem nachfolgenden Schritt zu dem Träger 21 wird (Zwischenträger 21p), bleibt übrig (siehe 14). Der Zwischenträger 21p weist eine Plattenform auf, die in einer x-z-Ebene verbreitert ist. Der Zwischenträger 21p beinhaltet einen Abschnitt, der aus dem ersten Plattenelement 51 gebildet ist, und einen Abschnitt, der aus dem zweiten Plattenelement 52 gebildet ist.
Als Nächstes wird der zweite Bearbeitungsschritt S122 ausgeführt. In dem zweiten Bearbeitungsschritt S122 wird die Durchdringungsbearbeitung in einer B2-Richtung durchgeführt, die in Bezug auf die Laminierrichtung des Laminats 5 achsensymmetrisch zu der B1-Richtung ist (siehe 15).
Die B2-Richtung ist eine Richtung, die in der Vektornotation als (1, 0, -1) ausgedrückt wird. Durch den zweiten Bearbeitungsschritt S122 weist das Laminat 5 bei Betrachtung in der B2-Richtung eine wie in 16 veranschaulichte Form auf. Es wird nämlich ein Durchgangsloch 45 mit einem Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks gebildet, das sich in die B2-Richtung erstreckt.
Als Nächstes wird der dritte Bearbeitungsschritt S123 ausgeführt. In dem dritten Bearbeitungsschritt S123 wird die Durchdringungsbearbeitung in einer B3-Richtung durchgeführt, die eine Richtung ist, die in Bezug auf die Laminierrichtung des Laminats 5 um 90° von der B1-Richtung gedreht ist (siehe 17).
Übrigens ist die B3-Richtung dieselbe Richtung wie die oben beschriebene B-Richtung und wird in Vektornotation als (0, 1, -1) ausgedrückt. Durch den dritten Bearbeitungsschritt S123 weist das Laminat 5 bei Betrachtung in der B3-Richtung eine wie in 18 veranschaulichte Form auf. Das Durchgangsloch 42, das einen Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks, aufweist und sich in die B3-Richtung erstreckt, wird nämlich gebildet und ein Teil des Zwischenträgers 21p wird entfernt, um den oben beschriebenen vorstehenden Abschnitt 7 zu bilden.
Ferner wird nach dem dritten Bearbeitungsschritt S123 der vierte Bearbeitungsschritt S124 ausgeführt. In dem vierten Bearbeitungsschritt S124 wird die Durchdringungsbearbeitung in einer B4-Richtung durchgeführt, die in Bezug auf die Laminierrichtung des Laminats 5 achsensymmetrisch zu der B3-Richtung ist (siehe 19).
Die B4-Richtung wird in der Vektornotation als (0, - 1, -1) ausgedrückt. Durch den vierten Bearbeitungsschritt S124 weist das Laminat 5 bei Betrachtung in der B4-Richtung eine wie in 20 veranschaulichte Form auf. Es wird nämlich ein Durchgangsloch 46 mit einem Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks gebildet, das sich in die B4-Richtung erstreckt (siehe 20).
Wie oben beschrieben, ist der Diagonalbearbeitungsschritt S12 abgeschlossen. Wie oben beschrieben, wird in dem Diagonalbearbeitungsschritt S12 die Durchdringungsbearbeitung an dem Laminat 5 in den vier Richtungen durchgeführt, die sich bei Betrachtung in der Laminierrichtung schneiden (senkrecht dazu). Durch den Diagonalbearbeitungsschritt S12 bildet das erste Plattenelement 51 des Laminats 5 die Basisplatte 201 und bildet das zweite Plattenelement 52 eine perforierte Struktur 2p als eine Zwischenstruktur.
Nach dem Diagonalbearbeitungsschritt S12 wird die gleiche In-Ebene-Bearbeitung wie in der ersten Ausführungsform an der perforierten Struktur 2p durchgeführt (In-Ebene-Bearbeitungsschritt S13). In dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt S13 wird zuerst die Durchdringungsbearbeitung nur an der perforierten Struktur 2p in der oben beschriebenen A-Richtung durchgeführt (siehe 21).
Dementsprechend weist die perforierte Struktur 2p bei Betrachtung in der A-Richtung eine wie in 22 veranschaulichte Form auf. Ferner, nachdem die Durchdringungsbearbeitung in der A-Richtung abgeschlossen ist, wird dieselbe Durchdringungsbearbeitung in der A'-Richtung durchgeführt, welche die A-Richtung in der Ebene des zweiten Plattenelements 52 schneidet (senkrecht dazu) (siehe 23).
Dementsprechend ist das Element 200 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null, in dem die dreidimensionale Trägerstruktur 2 einschließlich der mehreren Träger 21 gebildet ist, zwischen dem Paar von Basisplatten 201 fertiggestellt. Zu diesem Zeitpunkt weist das Element 200 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null bei Betrachtung in der A'-Richtung eine wie in 24 veranschaulichte Form auf.
Wie oben beschrieben, sind alle Schritte des Verfahrens zum Produzieren des Elements 200 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null gemäß der vorliegenden Ausführungsform abgeschlossen.
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Produktionsverfahren die Durchdringungsbearbeitung nicht nur an dem zweiten Plattenelement 52, sondern auch an dem daran angrenzenden ersten Plattenelement 51 in der Laminierrichtung durchgeführt werden, indem der Diagonalbearbeitungsschritt S12 ausgeführt wird.
Da das erste Plattenelement 51 in der Basisplatte 1 mit einem Gittermuster gebildet ist, können die Eigenschaften des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null mit einem höheren Freiheitsgrad geändert werden als beispielsweise dann, wenn die Bearbeitung nur an dem zweiten Plattenelement 52 durchgeführt wird. Gemäß dem Produktionsverfahren können nämlich verschiedene Elemente 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden.
Gemäß dem Produktionsverfahren können in dem Diagonalbearbeitungsschritt S12 die Eigenschaften des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null in der In-Ebene-Richtung senkrecht zur Laminierrichtung gleichmäßig gemacht werden, indem die Durchdringungsbearbeitung in den vier Richtungen durchgeführt wird, die sich bei Betrachtung in der Laminierrichtung schneiden. Das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null, bei dem keine Abweichung der Direktionalität der Wärmeausdehnung in der In-Ebene-Richtung vorhanden ist, kann nämlich nur durch Durchführen der Durchdringungsbearbeitung erhalten werden.
Ferner kann der Träger 21 durch eine Kombination mit der Durchdringungsbearbeitung in der In-Ebene-Richtung noch dünner gebildet werden. Dementsprechend können die Eigenschaften des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null genauer angepasst werden.
Ferner wird gemäß dem Produktionsverfahren, während ein Teil der perforierten Struktur 2p den vorstehenden Abschnitt 7 in der Bearbeitungsrichtung überlappend belassen wird, die Durchdringungsbearbeitung durchgeführt, so dass der linke Teil der perforierten Struktur 2p vor dem Schneidbereich eines Werkzeugs, eines Lasers, eines Wasserstrahls oder dergleichen geschützt werden kann, und der Träger 21 kann aus dem Teil der perforierten Struktur 2p gebildet sein. Mit anderen Worten kann, da der vorstehende Abschnitt 7 gebildet wird, die bei der Durchdringungsbearbeitung erforderliche durchdringende Form weiter vereinfacht werden. Dementsprechend kann das Element 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null leicht und kostengünstig produziert werden.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Übrigens können verschiedene Änderungen oder Modifikationen an der obigen Konfiguration oder dem obigen Verfahren vorgenommen werden, solange die Änderungen oder Modifikationen nicht von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abweichen.
Beispielsweise wurde in der zweiten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem in dem Diagonalbearbeitungsschritt S12 die Durchdringungsbearbeitung in der B1-Richtung, der B2-Richtung, der B3-Richtung und der B4-Richtung, die senkrecht zueinander sind, durchgeführt wird. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Elements 100 mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null, das ein Ziel ist, müssen die vier Richtungen jedoch nicht notwendigerweise senkrecht zueinander sein und kann die Durchdringungsbearbeitung auch in vier Richtungen durchgeführt werden, die sich in einem Winkel von weniger als 90° oder mehr als 90° schneiden, oder kann die Durchdringungsbearbeitung auch in einer anderen Anzahl von Richtungen als 4 durchgeführt werden. Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist auf das Verfahren zum Produzieren des Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null anwendbar.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 201:: Basisplatte
2, 202:: Dreidimensionale Trägerstruktur (dreidimensionale Fachwerkstruktur)
5:: Laminat
6:: Basisplatten-Lochabschnitt
7:: Vorstehender Abschnitt
21, 21a:: Träger
31, 31a:: Erster Stützpunkt
32, 32a:: Zweiter Stützpunkt
41, 42, 43, 44, 45, 46:: Durchgangsloch
51:: Erstes Plattenelement
52:: Zweites Plattenelement
100, 200:: Element mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null
21p:: Zwischenträger
2p:: Perforierte Struktur
S1, S11:: Herstellungsschritt
S12:: Diagonalbearbeitungsschritt
S121:: Erster Bearbeitungsschritt
S122:: Zweiter Bearbeitungsschritt
S123:: Dritter Bearbeitungsschritt
S124:: Vierter Bearbeitungsschritt
S2, S13:: In-Ebene-Bearbeitungsschritt
A, A', B, B1, B2, B3, B4, Da, Db:: Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019069023 [0002]

Claims

Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null unter Verwendung eines ersten Materials und eines zweiten Materials mit einem Koeffizienten für lineare Ausdehnung, der kleiner als ein Koeffizient für lineare Ausdehnung des ersten Materials ist, wobei das Verfahren umfasst: einen Herstellungsschritt des Herstellens eines Laminats, bei dem mehrere erste Plattenelemente aus dem ersten Material und mehrere zweite Plattenelemente aus dem zweiten Material abwechselnd laminiert sind; und einen In-Ebene-Bearbeitungsschritt des Durchführens von Durchdringungsbearbeitung an dem zweiten Plattenelement in mehrere Richtungen, die in einer In-Ebene-Richtung einschließlich einer Ebene senkrecht zu einer Laminierrichtung der ersten Plattenelemente und der zweiten Plattenelemente enthalten sind.
Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nach Anspruch 1, wobei in dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt mehrere Träger, die die ersten Plattenelemente miteinander verbinden, aus dem zweiten Plattenelement durch Durchführen der Durchdringungsbearbeitung gebildet werden.
Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nach Anspruch 2, wobei in dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt das zweite Plattenelement bearbeitet wird, um eine dreidimensionale Fachwerkstruktur, die die mehreren Träger enthält, zu bilden.
Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem In-Ebene-Bearbeitungsschritt die Durchdringungsbearbeitung an dem zweiten Plattenelement in zwei Richtungen, die sich schneiden und in der In-Ebene-Richtung enthalten sind, durchgeführt wird.
Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: ein Diagonalbearbeitungsschritt des Durchführens der Durchdringungsbearbeitung an dem Laminat in mehrere Richtungen, die in Bezug auf die Laminierrichtung und die In-Ebene-Richtung geneigt sind, um das zweite Plattenelement zu einer perforierten Struktur zu bilden, während das erste Plattenelement zu einer Basisplatte mit einer Gitterplattenform gebildet wird.
Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nach Anspruch 5, wobei in dem Diagonalbearbeitungsschritt die Durchdringungsbearbeitung in vier Richtungen, die sich, in der Laminierrichtung gesehen, schneiden, durchgeführt wird.
Verfahren zum Produzieren eines Elements mit negativer Wärmeausdehnung oder Wärmeausdehnung nahe Null nach Anspruch 6, wobei in dem Diagonalbearbeitungsschritt die Durchdringungsbearbeitung durchgeführt wird, während ein vorstehender Abschnitt aus einer Ecke eines Schnittpunktabschnitts des ersten Plattenelements mit einem Gittermuster in der In-Ebene-Richtung vorstehend belassen wird und während ein Teil der perforierten Struktur den vorstehenden Teil, in einer Bearbeitungsrichtung gesehen, überlappend belassen wird.