JP2019050927A - 中空突起具の製造方法、中空突起具の製造装置、及び中空突起具 - Google Patents
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Abstract
Description
図1には、本発明の中空突起具の好ましい一実施態様の中空突起具1の斜視図が示されている。中空突起具1は、先端側に開孔3hを有する微細な中空突起部3と、平坦な基底部材2とを備えている。中空突起具1は、基底部材2から複数個の中空突起部3が突出する形態となっている。
中空突起部3の先端部を、走査型電子顕微鏡(SEM)もしくはマイクロスコープを用いて、図3(a)に示すように所定倍率拡大した状態で観察する。
次に、図3(a)に示すように、外面32を形成する両側辺1a,1bの内の一側辺1aにおける直線部分に沿って仮想直線ILaを延ばし、他側辺1bにおける直線部分に沿って仮想直線ILbを延ばす。次に、先端側にて、一側辺1aが仮想直線ILaから離れる箇所を第1先端点1a1として求め、他側辺1bが仮想直線ILbから離れる箇所を第2先端点1b1として求める。このようにして求めた第1先端点1a1と第2先端点1b1とを結ぶ直線の長さLを、走査型電子顕微鏡(SEM)又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該直線の長さを、中空突起部3の先端径とする。
以下の説明では、基材シート2Aを搬送する方向をY方向、搬送する方向と直交する方向及び搬送される基材シート2Aの第2方向をX方向、搬送される基材シート2Aの厚み方向をZ方向として説明する。
凸型部11の動作、凸型部11の加熱手段の作動等の凸型部11の備える加熱手段の加熱条件の制御は、製造装置100に備えられた制御手段(不図示)により制御されている。
凸型部11の凸型110は、その根本径D2が、好ましくは0.1mm以上、更に好ましくは0.2mm以上であり、そして、好ましくは5mm以下であり、更に好ましくは3mm以下であり、具体的には、好ましくは0.1mm以上5mm以下であり、更に好ましくは0.2mm以上3mm以下である。凸型部11の凸型110は、十分な強度が得られ易くなる観点から、その先端角度αが、好ましくは1度以上、更に好ましくは5度以上である。そして、先端角度αは、適度な角度を有する中空突起部3を得る観点から、好ましくは60度以下であり、更に好ましくは45度以下であり、具体的には、好ましくは1度以上60度以下であり、更に好ましくは5度以上45度以下である。凸型部11の先端角度αは、以下のようにして測定する。
凸型部11の凸型110の先端部を、走査型電子顕微鏡(SEM)もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率に拡大した状態で観察する。次に、図5に示すように、両側辺11a,11bの内の一側辺11aにおける直線部分に沿って仮想直線ILcを延ばし、他側辺11bにおける直線部分に沿って仮想直線ILdを延ばす。そして、先端側にて、一側辺11aが仮想直線ILcから離れる箇所を第1先端点11a1として求め、他側辺11bが仮想直線ILdから離れる箇所を第2先端点11b1として求める。このようにして求めた第1先端点11a1と第2先端点11b1とを結ぶ直線の長さD1を、走査型電子顕微鏡又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該直線の長さを、凸型110の先端径とする。
凸型部11の凸型110の先端部を、走査型電子顕微鏡もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率拡大した状態で、例えば、図5に示す画像のように観察する。次に、図5に示すように、両側辺11a,11bの内の一側辺11aにおける直線部分に沿って仮想直線ILcを延ばし、他側辺11bにおける直線部分に沿って仮想直線ILdを延ばす。そして、仮想直線ILcと仮想直線ILdとのなす角を、走査型電子顕微鏡又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該なす角を、凸型部11の凸型110の先端角度αとする。
なお、製造装置100では、両開口プレート12U,12Dは、基材シート2Aに当接する方向と離間する方向に移動可能となっているが、第2開口プレート12Dは、基材シート2Aに当接する方向と離間する方向に移動可能となっていなくても良い。
DSC測定器を使用して熱量の測定を行い、ガラス転移温度を求める。具体的に、測定器はPerkin Elmer社製の示差走査熱量測定装置(Diamond DSC)を使用する。基材シートから試験片10mgを採取する。測定条件は20℃で5分間維持した後に、20℃から320℃まで、5℃/分で昇温させ、横軸温度、縦軸熱量のDSC曲線を得る。そして、このDSC曲線からガラス転移温度Tgを求める。
また、前記「基材シートの軟化温度」についてもガラス転移温度(Tg)と同様であり、即ち、基材シートの構成樹脂が複数種存在する場合においてそれら複数種の軟化温度が互いに異なる場合、前記加熱手段による基材シートの加熱温度は、少なくともそれら複数の軟化温度のうち最も低い軟化温度以上であることが好ましく、それら複数の軟化温度のうち最も高い軟化温度以上であることがさらに好ましい。
また、基材シートが融点の異なる2種以上の樹脂を含んで構成されている場合、前記加熱手段による基材シートの加熱温度は、それら複数の融点のうち最も低い融点未満であることが好ましい。
冷風を吹き付けて冷却する冷却時間は、成形性と加工時間の両立性の観点から、好ましくは0.01秒以上、更に好ましくは0.5秒以上であり、そして、好ましくは60秒以下であり、更に好ましくは30秒以下であり、具体的には、好ましくは0.01秒以上60秒以下であり、更に好ましくは0.5秒以上30秒以下である。
開孔を有する微細な中空突起部を備えた中空突起具の製造方法であって、
熱可塑性樹脂を含んで形成された基材シートの一面側から、突起部形成用の凸型部を刺入して、該基材シートの他面側から突出する非貫通の中空突起部を形成する突起部形成工程と、
前記基材シートの他面側に配された非接触式の開孔手段を用いて、前記非貫通の中空突起部に貫通孔である開孔を形成する開孔形成工程とを備える、中空突起具の製造方法。
<2>
前記開孔形成工程では、前記非貫通の中空突起部の内部に前記凸型部を刺入した状態で前記開孔を形成する、前記<1>に記載の中空突起具の製造方法。
<3>
前記開孔形成工程では、前記非貫通の中空突起部の先端部の中心からずれた位置に開孔を形成する、前記<1>又は<2>に記載の中空突起具の製造方法。
<4>
非接触式の開孔手段として、レーザー装置を用いる、前記<1>〜<3>の何れか1つに記載の中空突起具の製造方法。
<5>
前記開孔形成工程では、前記レーザー装置からレーザー光を前記凸型部の刺入方向に対して傾斜する方向から前記非貫通の中空突起部に照射して前記開孔を形成する、前記<4>に記載の中空突起具の製造方法。
<6>
前記凸型部の刺入方向と、前記レーザー光を照射する傾斜する方向とのなす角は、5度以上であることが好ましく、10度以上であることが更に好ましく、15度以上であることが特に好ましく、そして、85度以下であることが好ましく、80度以下であることが更に好ましく、75度以下であることが特に好ましく、具体的には、5度以上85度以下であることが好ましく、10度以上80度以下であることが更に好ましく、15度以上75度以下であることが特に好ましい、前記<5>に記載の中空突起具の製造方法。
<7>
前記凸型部は加熱手段を有しており、
前記突起部形成工程では、前記加熱手段により前記基材シートを加熱し軟化させる、前記<1>〜<6>の何れか1つに記載の中空突起具の製造方法。
<8>
前記加熱手段により前記基材シートを加熱し軟化させる時間は、好ましくは0秒以上、更に好ましくは0.1秒以上であり、そして、好ましくは10秒以下であり、更に好ましくは5秒以下であり、具体的には、好ましくは0秒以上10秒以下であり、更に好ましくは0.1秒以上5秒以下である、前記<7>に記載の中空突起具の製造方法。
<9>
前記凸型部は加熱手段を有しており、
前記加熱手段として、超音波振動装置を用いる、前記<1>〜<8>の何れか1つに記載の中空突起具の製造方法。
<10>
前記突起部形成工程では、前記凸型部を基材シートに刺入する刺入速度は、好ましくは0.1mm/秒以上、更に好ましくは1mm/秒以上であり、そして、好ましくは1000mm/秒以下であり、更に好ましくは800mm/秒以下であり、具体的には、好ましくは0.1mm/秒以上1000mm/秒以下であり、更に好ましくは1mm/秒以上800mm/秒以下である、前記<1>〜<9>の何れか1つに記載の中空突起具の製造方法。
<11>
前記突起部形成工程の後に、前記非貫通の中空突起部を冷却する冷却工程を行う、前記<1>〜<10>の何れか1つに記載の中空突起具の製造方法。
<12>
前記冷却工程では、前記非貫通の中空突起部の内部に前記凸型部を刺入した状態で該非貫通の中空突起部を冷却する、前記<11>に記載の中空突起具の製造方法。
<13>
前記冷却工程で前記非貫通の中空突起部を冷却しながら、又は前記冷却工程終了後に、前記開孔形成工程を行う、前記<11>又は<12>に記載の中空突起具の製造方法。
<14>
開孔を有する微細な中空突起部を備えた中空突起具を製造する製造装置であって、
熱可塑性樹脂を含んで形成された基材シートの一面側に配された突起部形成用の凸型部を備える突起部形成部と、該基材シートの他面側に配された非接触式の開孔手段を備える開孔形成部とを有し、
前記基材シートの一面側から前記凸型部を刺入して、該基材シートの他面側から突出する非貫通の中空突起部を形成し、その後、前記基材シートの他面側から前記開孔手段により該非貫通の中空突起部に貫通孔である開孔を形成するようになっている、中空突起具の製造装置。
<15>
前記開孔形成部は、前記非貫通の中空突起部の内部に前記凸型部を刺入した状態で前記開孔を形成するようになっている、前記<14>に記載の中空突起具の製造装置。
<16>
前記開孔形成部は、前記非貫通の中空突起部の先端部の中心からずれた位置に開孔を形成するようになっている、前記<14>又は<15>に記載の中空突起具の製造装置。
<17>
非接触式の開孔手段は、レーザー装置である前記<14>〜<16>の何れか1つに記載の中空突起具の製造装置。
<18>
前記開孔形成部は、前記レーザー装置からレーザー光を前記凸型部の刺入方向に対して傾斜する方向から前記非貫通の中空突起部に照射して前記開孔を形成する、前記<17>に記載の中空突起具の製造装置。
<19>
前記凸型部の刺入方向と、前記レーザー光を照射する傾斜する方向とのなす角は、5度以上であることが好ましく、10度以上であることが更に好ましく、15度以上であることが特に好ましく、そして、85度以下であることが好ましく、80度以下であることが更に好ましく、75度以下であることが特に好ましく、具体的には、5度以上85度以下であることが好ましく、10度以上80度以下であることが更に好ましく、15度以上75度以下であることが特に好ましい、前記<18>に記載の中空突起具の製造装置。
<20>
前記凸型部は、前記基材シートを加熱し軟化させる加熱手段を有している、前記<14>〜<19>の何れか1つに記載の中空突起具の製造装置。
<21>
前記加熱手段として、超音波振動装置を有している、前記<20>に記載の中空突起具の製造装置。
<22>
前記突起部形成部よりも前記基材シートの搬送方向の下流側に、前記非貫通の中空突起部を冷却する冷却部を備えている、前記<14>〜<21>の何れか1つに記載の中空突起具の製造装置。
<23>
前記冷却部では、前記非貫通の中空突起部の内部に前記凸型部を刺入した状態で該中空突起部を冷却する、前記<22>に記載の中空突起具の製造装置。
<24>
前記開孔形成部により、前記冷却部で前記非貫通の中空突起部を冷却しながら、又は前記冷却部での冷却終了後に、前記開孔を形成するようになっている、前記<22>又は<23>に記載の中空突起具の製造装置。
<25>
開孔を有する微細な中空突起部を備えた中空突起具であって、
前記開孔は、前記中空突起部の先端部の中心からずれた位置に配された貫通孔であり、
前記開孔は、前記中空突起部の内面側の内径よりも該中空突起部の外面側の内径の方が大きい、中空突起具。
<26>
前記開孔は、その内径が、前記中空突起部の内面側から外面側に向かって漸次増大している、前記<25>に記載の中空突起具。
<27>
前記開孔の内面側の内径は、好ましくは1μm以上、更に好ましくは5μm以上であり、そして、好ましくは500μm以下であり、更に好ましくは300μm以下であり、具体的には、好ましくは1μm以上500μm以下であり、更に好ましくは5μm以上300μm以下である、前記<25>又は<26>に記載の中空突起具。
<28>
前記開孔の外面側の内径は内面側の内径と比べて、好ましくは1.1倍以上、更に好ましくは1.2倍以上であり、そして、好ましくは15倍以下であり、更に好ましくは10倍以下であり、具体的には、好ましくは1.1倍以上15倍以下であり、更に好ましくは1.2倍以上10倍以下である、前記<25>〜<27>の何れか1つに記載の中空突起具。
<29>
前記開孔は、前記中空突起部の内面側の開孔面積よりも前記中空突起部の外面側の開孔面積の方が大きい、前記<25>〜<28>の何れか1つに記載の中空突起具。
凸型部11としては、その材質がステンレス鋼であるSUS304で形成されたものを用意した。凸型部11は、1個の円錐状の凸型110を有していた。凸型110は、その高さ(テーパー部の高さ)H2が2.5mmであり、その先端径D1が15μmであり、その根本径D2が0.5mmであり、その先端角度が11度であった。
(2)製造装置の備えるレーザー装置4の準備
レーザー装置4としては、CO2レーザー装置を用い、波長9.3μmのCO2レーザー光を照射した。
基材シート2Aとしては、ポリ乳酸(PLA;Tg55.8℃)の厚み0.3mmの帯状のシートを用意した。
図7(a)〜図7(c)に示す順序で、先ず、非貫通の中空突起部3を形成した。製造条件としては、凸型部11の超音波振動の周波数が20kHzであり、超音波振動の振幅が40μmであった。また、凸型部11の刺入高さが0.7mmであり、刺入速度が10mm/秒であった。また、軟化時間は0.1秒であり、冷却時間は0.5秒であった。形成された中空突起部3の突出高さH1は1mmであった。
非貫通の中空突起部3を形成した後、図7(d)〜図7(e)に示す順序で、中空突起具1を製造した。具体的には、中空突起部3の先端からの位置を300μm、レーザー光4Lのレーザー出力を14W、刺入方向ILeと傾斜する方向ILfとのなす角θを30度に固定した。実施例1〜3の中空突起具は、レーザー光4Lの照射時間を、それぞれ、0.015ms、0.02ms、0.04msに変更し、レーザー光4Lを中空突起部3に照射して、開孔3hを形成した。
非貫通の中空突起部3を形成した後、図7(d)〜図7(e)に示す順序で、中空突起具1を製造した。具体的には、中空突起部3の先端からの位置を300μm、レーザー光4Lの照射時間を0.02ms、刺入方向ILeと傾斜する方向ILfとのなす角θを30度に固定した。実施例4の中空突起具は、レーザー光4Lのレーザー出力を10Wに変更し、レーザー光4Lを中空突起部3に照射して、開孔3hを形成した。
非貫通の中空突起部3を形成した後、図7(d)〜図7(e)に示す順序で、中空突起具1を製造した。具体的には、レーザー光4Lのレーザー出力を14W、レーザー光4Lの照射時間を0.02ms、刺入方向ILeと傾斜する方向ILfとのなす角θを30度に固定した。実施例5〜8の中空突起具は、中空突起部3の先端からの位置を、それぞれ、200μm、500μm、700μm、900μmに変更し、レーザー光4Lを中空突起部3に照射して、開孔3hを形成した。
非貫通の中空突起部3を形成した後、図7(d)〜図7(e)に示す順序で、中空突起具1を製造した。具体的には、中空突起部3の先端からの位置を500μm、レーザー光4Lのレーザー出力を14W、レーザー光4Lの照射時間を0.02msに固定した。実施例9〜10の中空突起具は、刺入方向ILeと傾斜する方向ILfとのなす角θを、それぞれ、15度、45度に変更し、レーザー光4Lを中空突起部3に照射して、開孔3hを形成した。
〔性能評価〕
実施例1〜10の中空突起具について、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、中空突起部の外面における開孔の周囲のばりの有無を確認するとともに、開孔3hの内面31側の内径及び、外面側の内径を測定し、それらの結果を下記表1に示した。
2 基底部材
2A 基材シート
2D 一面
2U 他面
3 微細な中空突起部
3h 開孔
31 内面
32 外面
10 突起部形成部
11 突起部形成用の凸型部
110 凸型
TP 当接部分
12U,12D 開口プレート
20 冷却部
21 冷風送風装置
40 開孔形成部
4 レーザー装置
41 照射ヘッド
4L レーザー光
Claims (8)
- 開孔を有する微細な中空突起部を備えた中空突起具の製造方法であって、
熱可塑性樹脂を含んで形成された基材シートの一面側から、突起部形成用の凸型部を刺入して、該基材シートの他面側から突出する非貫通の中空突起部を形成する突起部形成工程と、
前記基材シートの他面側に配された非接触式の開孔手段を用いて、前記非貫通の中空突起部に貫通孔である開孔を形成する開孔形成工程とを備える、中空突起具の製造方法。 - 前記開孔形成工程では、前記非貫通の中空突起部の内部に前記凸型部を刺入した状態で前記開孔を形成する、請求項1に記載の中空突起具の製造方法。
- 前記開孔形成工程では、前記非貫通の中空突起部の先端部の中心からずれた位置に開孔を形成する、請求項1又は2に記載の中空突起具の製造方法。
- 非接触式の開孔手段として、レーザー装置を用いる、請求項1〜3の何れか1項に記載の中空突起具の製造方法。
- 前記開孔形成工程では、前記レーザー装置からレーザー光を前記凸型部の刺入方向に対して傾斜する方向から前記非貫通の中空突起部に照射して前記開孔を形成する、請求項4に記載の中空突起具の製造方法。
- 開孔を有する微細な中空突起部を備えた中空突起具であって、
前記開孔は、前記中空突起部の先端部の中心からずれた位置に配された貫通孔であり、
前記開孔は、前記中空突起部の内面側の内径よりも該中空突起部の外面側の内径の方が大きい、中空突起具。 - 前記開孔は、その内径が、前記中空突起部の内面側から外面側に向かって漸次増大している、請求項6に記載の中空突起具。
- 開孔を有する微細な中空突起部を備えた中空突起具を製造する製造装置であって、
熱可塑性樹脂を含んで形成された基材シートの一面側に配された突起部形成用の凸型部を備える突起部形成部と、該基材シートの他面側に配された非接触式の開孔手段を備える開孔形成部とを有し、
前記基材シートの一面側から前記凸型部を刺入して、該基材シートの他面側から突出する非貫通の中空突起部を形成し、その後、前記基材シートの他面側から前記開孔手段により該非貫通の中空突起部に貫通孔である開孔を形成するようになっている、中空突起具の製造装置。
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