JP2009214374A - 中空構造体の製造方法及び中空構造体製造用基板及び中空構造体製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の中空構造体の製造方法は、中空構造体製造用基板5を構成する材料の一部にガス透過性材料を用い、高圧条件下であらかじめガス透過性材料に高圧ガスを注入することにより封じ込め、減圧条件下で塑性変形膜10を表面5aに形成すると共にガス透過性材料に封じ込められた高圧ガスの各凹部5bへの放出により凹部5bへの塑性変形材料の浸入を防止しつつ塑性変形膜10を各凹部5b内の高圧ガスにより膨張延伸させて、中空構造体を製造する。
【選択図】図6
Description
前記中空構造体製造用基板を構成する材料の一部にガス透過性材料を用い、高圧条件下であらかじめ前記ガス透過性材料に高圧ガスを注入することにより封じ込め、減圧条件下で前記塑性変形膜を前記表面に形成すると共に前記ガス透過性材料に封じ込められた高圧ガスの前記各凹部への放出により該凹部への前記塑性変形材料の浸入を防止しつつ前記塑性変形膜を前記各凹部内の高圧ガスにより膨張延伸させて、前記中空構造体を製造することを特徴とする。
(2×σ/r)<ΔP<2×σb・L/rの条件式を満足することを特徴とする。
図4は本発明に係わる中空構造体の製造方法によって製造されるべき中空構造体1としてのハニカム構造体である。この中空構造体1は、ここでは、中空部1aと中空部1aとのピッチ間隔mが10μm、高さhが15μm、半径rが平均約5μm、隔壁xの厚さが2μm、凹部形成領域の縦横幅が5mm×5mmである。塑性変形膜を形成する塑性変形材料には、30%に希釈したゼラチン水溶液が用いられる。なお、本発明に係わる製造法は、ピッチmが1〜100μm、高さhが1〜300μmの範囲内の中空構造体を適宜製造可能である。
(実施例1)
図5は本発明に係わる中空構造体製造装置の一例を示す概要図である。この図5において、3は材料塗布装置である。材料塗布装置3の上部には密閉容器4が設けられる。密閉容器4内には中空構造体製造用基板5が配設される。密閉容器4の上部には塑性変形材料を吐出する材料吐出装置6が設けられている。その密閉容器4には加圧・減圧ポンプ7と排出弁8とが接続されている。加圧・減圧ポンプ7と密閉容器4との間には圧力調整弁9が設けられている。
ΔP=P1−P0=2σ/r
σに水の表面張力である数値0.073(N/m)、rに半径5μmを代入すると、ΔPは約0.03MPaである。従って、P0を0.1MPaとすると、中空構造体製造用基板5に封じ込めるガスの圧力P1は0.13MPa以上とする必要がある。
σa=ΔP・r/2L
ここでは、凹部5bの直径dを10μm、凹部5bと凹部5bとのピッチm=10μmとすると、L=2.5μmであり、例えば、圧力差ΔPを0.15Ma、0.3MPa、0.5MPaとすると、それぞれ、引っ張り応力σaは、
σa(0.15Ma時)=75KPa、σa(0.3MPa時)=150KPa、
σa(0.5MPa時)=250KPaであり、塑性変形材料である希釈時30%水溶液の引っ張り強度σbはおよそ150KPaである。この引っ張り強度σbはゼラチン水溶液を構成する水分子の蒸発により、時々刻々と変化するため、正確な数値を求めることは困難である。また、この引っ張り強度σbはゼラチン水溶液の希釈濃度が高いほど大きくなる。
(実施例2)
この実施例2では、中空構造体製造用基板5が、図11に示すように、無機材料体5cとガス透過性材料5dとから構成されている。無機材料体5cは塑性変形材料を用いて塑性変形膜10が形成される表面5eと、この表面5e及び反対側の裏面5fの側に向かって開口されかつガスの放出により塑性変形膜10を膨張延伸させて複数個の中空部1aを形成するためのガスを貯留する各凹部5bを構成する貫通孔5gを有する。この無機材料体5cは、ここでは、銅箔(金属)が用いられている。ガス透過性材料(ここでは、シリコーンゴム)5dは、その無機材料体5cの裏面5fの側に設けられている。
(実施例3)
実施例1に係わる中空構造体の製造方法では、中空構造体製造用基板5を密閉容器4内にセットし、密閉容器4内を高圧ガス条件下のもとで、中空構造体製造用基板5に高圧ガスを浸透させ、その後、密閉容器4内を減圧条件下のもとで中空構造体製造用基板5の表面に塑性変形材料を塗布して発泡させ、塑性変形材料を膨張延伸させて、中空構造体1を製造する工程を経ているので、密閉容器4内の減圧に多少の時間を要し、中空構造体製造用基板5の内部に注入されているガスの圧力が低下する。
5a…表面
5b…凹部
10…塑性変形膜
Claims (10)
- 塑性変形材料を用いて塑性変形膜が形成される表面と該表面に向かって開口しかつガスの放出により前記塑性変形膜を膨張延伸させて複数個の中空部を形成するためのガスを貯留する各凹部とを有する中空構造体製造用基板を用いて、複数個の中空部が配列された中空構造体を製造する中空構造体の製造方法であって、
前記中空構造体製造用基板を構成する材料の一部にガス透過性材料を用い、高圧条件下であらかじめ前記ガス透過性材料に高圧ガスを注入することにより封じ込め、減圧条件下で前記塑性変形膜を前記表面に形成すると共に前記ガス透過性材料に封じ込められた高圧ガスの前記各凹部への放出により該凹部への前記塑性変形材料の浸入を防止しつつ前記塑性変形膜を前記各凹部内の高圧ガスにより膨張延伸させて、前記中空構造体を製造することを特徴とする中空構造体の製造方法。 - 前記表面以外から前記ガス透過性材料に前記高圧ガスを注入することを特徴とする請求項1に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記塑性変形材料の表面張力をσ、前記各凹部の平均半径をr、塑性変形材料の引っ張り強度をσb、前記各凹部間の凹部間距離をLとすると、高圧ガスのガス圧と減圧条件下でのガス圧との圧力差ΔPが、
(2×σ/r)<ΔP<2×σb・L/rの条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の中空構造体の製造方法。 - 前記表面とは反対側の裏面側から前記ガス透過性材料に前記高圧ガスを注入することを特徴とする請求項1に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記ガス透過性材料が高分子材料からなることを特徴とする請求項1に記載の中空構造体の製造方法。
- 前記高分子材料がポリジメチルシロキサンであることを特徴とする請求項5に記載の中空構造体の製造方法。
- 塑性変形材料を用いて塑性変形膜が形成される表面と該表面に向かって開口しかつガスの放出により前記塑性変形膜を膨張延伸させて複数個の中空部を形成するためのガスを貯留する各凹部とを有する中空構造体製造用基板において、
塑性変形材料を用いて塑性変形膜が形成される表面と該表面及び裏面に向かって開口されかつガスの放出により前記塑性変形膜を膨張延伸させて複数個の中空部を形成するためのガスを貯留する各凹部を構成するための無機材料体と、前記無機材料体の裏面側に設けられかつ高圧ガスが注入されるガス透過性材料とを含むことを特徴とする中空構造体製造用基板。 - 前記ガス透過性材料には、前記無機材料体が設けられている面とは反対側の面に、該ガス透過性材料よりも剛性が高い材料から形成されかつ前記ガス透過性材料に通じる貫通孔を有する支持体が設けられていることを特徴とする請求項7に記載の中空構造体製造用基板。
- 請求項8に記載の中空構造体製造用基板を境にして前記各凹部が臨む上部空間と前記支持体が臨む下部空間とに画成された密閉容器と、前記上部空間に連通されて該上部空間のガス圧を加圧・減圧するポンプと、前記上部空間に連通されて該上部空間のガスを排出する排出弁と、前記下部空間に連通されて該下部空間のガス圧を加圧するポンプと、前記下部空間に連通されて該下部空間のガスを排出する排出弁とを含む中空構造体製造装置。
- 請求項9に記載の中空構造体製造装置を用いて、前記塑性変形材料の膨張延伸時に少なくとも前記上部空間のガス圧力を制御することにより、前記中空構造体の高さを制御することを特徴とする中空構造体製造方法。
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