JP5146030B2 - ハニカム構造体の製造方法およびハニカム構造体の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、固体走査型プリンタ等の光走査系に用いられるプラスチックレンズやレンズ付き光伝送の導波路等およびデジタルカメラ等の受光素子レンズの製造や、光ファイバープレートに用いられるハニカム構造体の製造方法に関し、特に、ハニカム構造体の隔壁を薄くしたり大面積化したりした場合でも、亀裂が起きないハニカム構造体の製造方法およびハニカム構造体の製造装置に関する。

一般に、複写機、ファクシミリ、固体走査型プリンタ等の光走査系に用いられるプラスチックレンズやレンズ付き光伝送の導波路等およびデジタルカメラ等の受光素子レンズの製造や、光ファイバープレート（プロジェクターのスクリーン、タッチパネル、電子写真プロセスを用いた感光体、ディスプレイ等に利用されるもの）には、高精度なプラスチック成形品が必要とされ、従来より、複数の微細な部材で構成される高精度なプラスチック成形品の成形技術が提案されている。
なお、従来技術としては、特許文献１として、隔壁の厚みが薄く微細で細長いハニカム構造を得るため、所定の条件で塑性変形機能を有する第１素材にて、所望の位置に所定の独立した凹部を複数配置した第１基板の上記凹部に空間が生じるように同第１基版の表面を覆う第１工程と、該空間のガス圧力にて複数同時に該第１素材を膨張延伸させることで薄く細長い中空体を多数個一定方向に形成する第２工程とからなる微細なハニカム構造体の製造方法が開示されている。
特開２００７−９８９３０公報

しかしながら、上記従来のハニカム構造体の製造方法においては、ハニカム構造体の隔壁を薄くしたり大面積化にするにつれて、ハニカム構造体に亀裂が入りやすくなる問題点があった。
特に、ハニカム材料にゼラチン水溶液等を用いた場合に、ハニカム構造体に亀裂が入りやすくなる問題点がより顕著となる。これは、ハニカム材料が乾燥固化するに連れて大きな収縮が発生するためであり、乾燥固化工程中に、基板とハニカム材料は密着しているが、ハニカム材料の収縮にて内部応力が発生し、その内部応力が大きくなったり、乾燥等により密着力が低下すると、その箇所で基板とハニカム材料間に剥離が生じるものである。
剥離前は内部応力が均等であるが、剥離が一部分のみ生じた時は、その剥離形状にて応力集中が発生するので、ハニカム材料の剛性に対してそれ以上の内部応力が発生した箇所で亀裂が生じるものである。
本発明は、上記従来の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、ハニカム構造体の隔壁を薄くしたり大面積化したりした場合でも、亀裂が起きないハニカム構造体の製造方法およびハニカム構造体の製造装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ハニカム構造体の製造方法であって、所望の位置に独立した凹部を複数配置した型基板の表面を、所定の条件で塑性変形する塑性材料にて前記凹部に空間が生じるように覆う第１工程と、前記空間のガス圧力にて前記塑性材料を膨張延伸させ発泡させることで薄く細長い中空体を複数個一定方向に形成する第２工程と、前記発泡された塑性材料を乾燥固化する第３工程と、前記乾燥固化された塑性材料を前記型基板から剥離する第４工程とからなり、前記第３工程において、前記塑性材料の端部から順次乾燥させることを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、前記第３工程において、前記塑性材料の端部から順次乾燥させる場合、前記塑性材料の速く乾燥させる側から乾燥したガスを供給し、反対側から該ガスを排出することを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、前記第３工程において前記塑性材料の端部から順次乾燥させる場合、前記塑性材料の速く乾燥させる側の温度を高くすることを特徴とする。

また、請求項４記載の発明は、ハニカム構造体の製造装置であって、圧力を維持する密閉容器を備え、前記密閉容器は、所定の条件で塑性変形する塑性材料が塗布される所望の位置に独立した凹部が複数配置された型基板と、前記密閉容器に乾燥ガスを注入するための乾燥ガス注入口と、前記乾燥ガスを前記密閉容器から排出し圧力を調整するための排出口と、を有し、前記乾燥ガス注入口は、前記塑性材料の端部から順次乾燥させるように配置されていることを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、前記密閉容器の中において、前記型基板の温度を調節する温度制御板を有し、前記温度制御板は、加熱部と冷却部とを有していることを特徴とする。

本発明によれば、乾燥固化工程において、該塑性材料の端部から順次乾燥させるので、乾燥箇所から剥離が始まり、乾燥固化による応力集中が掛からない。よって、亀裂等の品質劣化がないハニカム構造体が得られる。
また、本発明によれば、早く乾燥させたい側から乾燥したガスを供給し、反対側から該ガスを排出することで塑性材料の雰囲気中に湿度分布を作り出し、早く乾燥させたい側の湿度を低くし、遅く乾燥させたい側の湿度を高くしているので、該塑性材料の端部から順次乾燥させることが出来る。
また、本発明によれば、塑性材料の早く乾燥させたい側の温度を高くし、遅く乾燥させたい側の温度を低くしているので、該塑性材料の端部から順次乾燥させることが出来る。
また、本発明によれば、型基板と塑性材料を囲う容器の所定の端部から乾燥ガスを供給する装置を設け、反対側の端部から該ガスを排出する装置を設けているので、容器内にガスの湿度分布を作ることが出来る。
また、本発明によれば、加熱部と冷却部からなる機構を有し、型基板と接して配置されているので、温度分布を作り出すことが出来る。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
［実施例］
本発明の要旨は、塑性材料（ハニカム材料）の乾燥固化工程において、応力集中が発生しないような手法を用いたことである。すなわち、端部から乾燥ガスを注入し、反対側からガスを排出して、湿度差を設け、乾燥速度を制御すると共に、温度差を設けた温度制御装置にて、乾燥速度を制御するようにしている。
図１は、本発明によるハニカム構造体の製造装置の第１実施形態を示す図であり、（ａ）は、側断面概略構成図であり、（ｂ）は、上断面概略構成図である。また、図２は、図１に示したハニカム構造体の製造装置によって製造されたハニカム構造体の斜視図である。
ちなみに、ハニカム構造体とは、六角形状そのものを指しているわけではなく、複数の中空体を形成しているシート状のものを総じてハニカム構造体とここでは定義している。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、このハニカム構造体の製造装置は、圧力を維持する密閉容器１の中に、温度制御板３と型基板５と塑性材料７と剥離装置９とが配置されており、この密閉容器１には、乾燥ガスを注入する乾燥ガス注入口１１と、ガスを排出し圧力を調整する排出口１３とが配置されている。そして、温度制御板３には、加熱部３ａおよび冷却部３ｂが設けられている。
すなわち、このハニカム構造体の製造装置は、圧力を維持する密閉容器１と、密閉容器１の中において、所定の条件で塑性変形機能を有する塑性材料７が塗布される所望の位置に、独立した凹部５ａを複数配置した型基板５と、密閉容器１に乾燥ガスを注入する乾燥ガス注入口１１と、乾燥ガスを排出し圧力を調整する排出口１３とを有し、乾燥ガス注入口１１は、塑性材料７の端部から順次乾燥させるように配置されている。
なお、圧力を調整する真空ポンプは図示していない。なお、塑性材料７と密閉容器１との距離は１０ｍｍとなっている。

次に、図３を参照して、図１に示すハニカム構造体の製造装置による製造方法について説明する。
図３に示すように、この製造方法の概略としては、図示しないスピンコート、ダイコート等でゼラチン水溶液を塑性材料７として型基板５に厚み１０〜５０μｍで塗布しておく塗布工程（ステップ１０１）と、密閉容器１内を排出口１３を通して真空ポンプにて大気圧下（０．１Ｍｐａ）の状態から０．０４Ｍｐａへと減圧することで、型基板５の凹部５ａの気泡を約２倍に膨張させ、塑性材料７を発泡させ図２に示すようなハニカム形状へと塑性変形させる発泡工程（ステップ１０３）と、乾燥ガス注入口１１から湿度５％以下の乾燥ガスを流量１リットル／ｍｉｎ程度で注入すると共に、排出口１３からは気圧を維持しつつ、ガスを排出して塑性材料７を乾燥させハニカム形状を固化形成する乾燥工程（ステップ１０５）と、剥離装置９で型基板５から塑性材料（ハニカム構造体）７ａを剥離する剥離工程（ステップ１０７）とからなっている。なお、図２に示すように、成形された塑性材料７ａはハニカム構造体となっており、凹部７ｂを有している。
上記乾燥工程（ステップ１０５）においては、乾燥ガス注入口１１近傍のガスは、湿度５％以下の乾燥ガスであるが、塑性材料７の乾燥に伴う水分を吸収しつつ排出口１３に流動していくので、排出口１３近傍では湿度は高くなっていく。よって、密閉容器１内は湿度分布が発生し、湿度が高くなると、塑性材料７の乾燥は遅くなるので、結果的に塑性材料７の乾燥速度に分布が生じてくる。乾燥ガスの注入量が小さいほど、その乾燥速度差は顕著となる。
そこで、型基板５の下方には、温度制御板３が設けられており、この温度制御板３は、図４に示すように、乾燥ガス注入口１１側の温度制御板３を高温にする加熱部３ａを配置し、排出口１３側の温度制御板３において加熱部３ａの熱を吸収する冷却部３ｂを配置した構成となっている。

ここで、加熱および冷却の媒体には水を使用し、その媒体は温度調節器に連結していると共に、温度制御板３の材質には熱伝導率が良いアルミを使用している。この実施形態では、加熱部側を６０℃とし、冷却部側を３０℃となるように制御している。この温度差が型基板５を通して塑性材料７の温度分布となる。また、温度にて乾燥時間は異なるため、乾燥時間差が生じ、温度差があるほど、乾燥速度差は顕著となる。
本実施形態では、乾燥ガス注入口１１側の乾燥時間は１分程度であり、排出口１３側では２分程度であった。
上記剥離工程（ステップ１０７）では、型基板５の表面部は、撥水処理（例：フッ素系、商品名オプツールＤＳＸ）を施しているので、塑性材料７ａの乾燥と共に粘着性が低下し、乾燥ガス注入口１１側から自然と型基板５から剥離していく。ここでは、完全に剥離するために、剥離装置にて剥離している。

以上のように、この実施形態によれば、ハニカム構造体の製造方法において、所定の条件で塑性変形機能を有する塑性材料７にて、所望の位置に所定の独立した凹部５ａを複数配置した型基板５の凹部５ａに空間が生じるように型基板５の表面を覆う第１工程（塗布工程）と、凹部５ａの空間のガス圧力にて塑性材料７を膨張延伸させることで薄く細長い中空体を複数個一定方向に形成する第２工程（発泡工程）と、塑性材料７ａを乾燥固化する第３工程（乾燥固化工程）と、塑性材料７ａを型基板５から剥離する第４工程（剥離工程）とからなり、第３工程において、塑性材料７の端部から順次乾燥させるようにしているので、ハニカム構造体の隔壁を薄くしたり大面積化したりした場合でも、亀裂が起きないハニカム構造体を製造できる。

本発明によるハニカム構造体の製造装置の第１実施形態を示す図であり、（ａ）は、側断面概略構成図であり、（ｂ）は、上断面概略構成図である。 図１に示したハニカム構造体の製造装置によって製造されたハニカム構造体の斜視図である。 図１に示すハニカム構造体の製造装置による製造方法のフローチャートである。 図１に示すハニカム構造体の製造装置における発泡・乾燥固化工程の詳細説明図である。

符号の説明

１…密閉容器、３…温度制御板、３ａ…加熱部、３ｂ…冷却部、５…型基板、５ａ…凹部、７…塑性材料、７ａ…塑性材料、７ｂ…凹部、９…剥離装置、１１…乾燥ガス注入口、１３…排出口

Claims (5)

1. ハニカム構造体の製造方法であって、所望の位置に独立した凹部を複数配置した型基板の表面を、所定の条件で塑性変形する塑性材料にて前記凹部に空間が生じるように覆う第１工程と、
   前記空間のガス圧力にて前記塑性材料を膨張延伸させ発泡させることで薄く細長い中空体を複数個一定方向に形成する第２工程と、
   前記発泡された塑性材料を乾燥固化する第３工程と、
   前記乾燥固化された塑性材料を前記型基板から剥離する第４工程とからなり、
   前記第３工程において、前記塑性材料の端部から順次乾燥させることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
2. 前記第３工程において、前記塑性材料の端部から順次乾燥させる場合、前記塑性材料の速く乾燥させる側から乾燥したガスを供給し、反対側から該ガスを排出することを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体の製造方法。
3. 前記第３工程において前記塑性材料の端部から順次乾燥させる場合、前記塑性材料の速く乾燥させる側の温度を高くすることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体の製造方法。
4. ハニカム構造体の製造装置であって、
   圧力を維持する密閉容器を備え、
   前記密閉容器は、所定の条件で塑性変形する塑性材料が塗布される所望の位置に独立した凹部が複数配置された型基板と、
   前記密閉容器に乾燥ガスを注入するための乾燥ガス注入口と、
   前記乾燥ガスを前記密閉容器から排出し圧力を調整するための排出口と、を有し、
   前記乾燥ガス注入口は、前記塑性材料の端部から順次乾燥させるように配置されていることを特徴とするハニカム構造体の製造装置。
5. 前記密閉容器の中において、前記型基板の温度を調節する温度制御板を有し、前記温度制御板は、加熱部と冷却部とを有していることを特徴とする請求項４に記載のハニカム構造体の製造装置。

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