[发明专利]制造中空结构件的方法、用于生产中空结构件的衬底和制造中空结构件的设备

说明书

与相关申请的横向参考

本申请基于并要求2008年3月10日提交的日本专利申请第2008-059170号的优先权，其公开内容通过引用整体结合于此。

技术领域

本发明涉及一种制造蜂窝结构等的中空结构件的方法、用于中空结构件生产的衬底、以及用于制造中空结构件的设备。本发明可应用于具有各向异性的光学元件的光晕元件(flare element)、用于燃料电池的搁板、过滤器等。通过将功能材料注入到中空结构件中，本发明还可以应用于各向异性功能元件，例如，光晕微透镜阵列、各向异性导电膜、和用于再生医学中细胞培养的衬底。

背景技术

如图1所示，传统上，已知一种制造中空结构件的方法，其中，在气密密封容器22内侧在材料涂敷设备21的上部设置有温度控制设备23；用于生产中空结构件的衬底24在温度控制设备23上设定到位，所述衬底中在其表面上排列多个凹陷24a；用于形成作为蜂窝结构的中空结构件的塑性变形材料从材料喷射设备25朝向衬底24的表面喷射，用来生产中空结构件；由此材料涂敷设备21旋转，以在生产中空结构件的衬底24的表面上形成基本上均匀的塑性变形膜26；降低气密密封的容器22内侧气压；以及由此导致塑性变形膜26膨胀并且被每个凹陷中残留的气压牵拉，由此制造具有多个中空部的中空结构件(例如参见专利文件1)。

术语蜂窝结构在本发明中不仅意味着具有六边形孔的结构，而且还包括具有四边形和五边形孔的结构，并且指具有多个中空部的整体片状元件，而与形状无关。

(专利文件1)JP-A-2007-98930(第15页，图7、图8)

(问题)

在专利文件1所公开的现有技术中，获得这样的中空结构件，其中，中空部的中心与另一中空部的中心之间的节距为35微米。在中空部的中心与另一中空部的中心之间的节距为30微米或者更小的情况下，用这种制造方法难于制造中空结构件。原因解释如下：

假设塑性变形膜26形成在用于生产中空结构件的衬底24的表面上的时刻为t＝t₀(见图2)。在时间t＝t₁消逝之后，凹陷24a所限定的并且具有气压P₁的气体残存空间将消失(见图3)，结果，在减小气压的条件下，气体不再在气压P₀下膨胀。

根据Yung-Laplace方程，气泡的压力大致正比于封闭气泡的物质的表面张力，且反比于气泡的半径。例如，在水中的气泡的情况下，当直径为100微米时，气泡的压力和外界压力之间的压力差大约3kPa。在此，如果直径做得较小到10微米，气泡的压力和外界压力之间的压力差变成大约30kPa。如果气泡的压力变得更高，气体融入水的溶解性增大，这导致气体将溶解到水中。然后，气泡的尺寸变小，并且结果，压力仍变得更高且气体将溶解于水中。气泡的尺寸变得越小，速度加速地变得更高，由此最终导致气泡消失。

考虑到同样的现象在塑性变形膜26中发生。在这种情况下，如果节距变小，由于气体残存空间的表面张力，气体残存空间内的压力增大。在气体残存空间内侧的气体是形成塑性变形膜26的塑料材料的情况下或者在用于生产中空结构件的衬底24是气体可渗透材料，它们将溶解到气体可渗透材料中，并且气体排出到处于低压力P₀的环境中。最终，在一段时间之后，气体残存空间将完全填充有塑性变形材料。

结果，缺陷在于不能精确形成中空部的节距在30微米或者以下的中空结构件。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造中空结构件的方法，该方法适于精确制造中空部节距为30微米或以下的中空结构件，并且提供了一种用于中空结构件生产的衬底和用于制造中空结构件的设备。

在如权利要求1所述的制造中空结构件的方法中，通过利用用于中空结构件生产的衬底，其中所述衬底具有：表面，在该表面上利用塑性变形材料形成塑性变形膜；以及多个凹陷，该凹陷朝向所述表面开口并且在其中存放气体，用于通过排出气体来膨胀和牵拉所述塑性变形膜来形成多个中空部，其特征在于：通过在构成用于中空结构件生产的衬底的材料的一部分中使用气体可渗透材料，高压气体通过事先在高压状态下注入到气体可渗透材料中而被封装；塑性变形膜在减小压力的条件下形成在所述表面上；并且在于，在防止塑性变形膜进入凹陷的同时，被封装在气体可渗透材料中的高压气体被排出到每个凹陷中，使得塑性变形膜被高压气体膨胀并牵拉到每个凹陷中，由此制造中空结构件。

如权利要求2所述的制造中空结构件的方法具有从表面之外的位置将高压气体注入气体可渗透材料的特征。