專利名稱：制造中空結(jié)構(gòu)件的方法、用于生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)件的襯底和制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造蜂窩結(jié)構(gòu)等的中空結(jié)構(gòu)件的方法、用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯 底、以及用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備。本發(fā)明可應(yīng)用于具有各向異性的光學元件的光暈元 件(flare element)、用于燃料電池的擱板、過濾器等。通過將功能材料注入到中空結(jié)構(gòu)件 中，本發(fā)明還可以應(yīng)用于各向異性功能元件，例如，光暈微透鏡陣列、各向異性導電膜、和用 于再生醫(yī)學中細胞培養(yǎng)的襯底。
背景技術(shù)：
如圖1所示，傳統(tǒng)上，已知一種制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，其中，在氣密密封容器22 內(nèi)側(cè)在材料涂敷設(shè)備21的上部設(shè)置有溫度控制設(shè)備23 ；用于生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)件的襯底24在 溫度控制設(shè)備23上設(shè)定到位，所述襯底中在其表面上排列多個凹陷24a ；用于形成作為蜂 窩結(jié)構(gòu)的中空結(jié)構(gòu)件的塑性變形材料從材料噴射設(shè)備25朝向襯底24的表面噴射，用來生 產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)件；由此材料涂敷設(shè)備21旋轉(zhuǎn)，以在生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)件的襯底24的表面上形成 基本上均勻的塑性變形膜26 ；降低氣密密封的容器22內(nèi)側(cè)氣壓；以及由此導致塑性變形膜 26膨脹并且被每個凹陷中殘留的氣壓牽拉，由此制造具有多個中空部的中空結(jié)構(gòu)件(例如 參見專利文件1)。術(shù)語蜂窩結(jié)構(gòu)在本發(fā)明中不僅意味著具有六邊形孔的結(jié)構(gòu)，而且還包括具有四邊 形和五邊形孔的結(jié)構(gòu)，并且指具有多個中空部的整體片狀元件，而與形狀無關(guān)。(專利文件 1) JP-A-2007-98930 (第 15 頁，圖 7、圖 8)(問題)在專利文件1所公開的現(xiàn)有技術(shù)中，獲得這樣的中空結(jié)構(gòu)件，其中，中空部的中心 與另一中空部的中心之間的節(jié)距為35微米。在中空部的中心與另一中空部的中心之間的 節(jié)距為30微米或者更小的情況下，用這種制造方法難于制造中空結(jié)構(gòu)件。原因解釋如下假設(shè)塑性變形膜26形成在用于生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)件的襯底24的表面上的時刻為t = 、(見圖2)。在時間t =、消逝之后，凹陷24a所限定的并且具有氣壓P1的氣體殘存空間 將消失(見圖3)，結(jié)果，在減小氣壓的條件下，氣體不再在氣壓Ptl下膨脹。根據(jù)Yung-Laplace方程，氣泡的壓力大致正比于封閉氣泡的物質(zhì)的表面張力，且 反比于氣泡的半徑。例如，在水中的氣泡的情況下，當直徑為100微米時，氣泡的壓力和外 界壓力之間的壓力差大約3kPa。在此，如果直徑做得較小到10微米，氣泡的壓力和外界壓 力之間的壓力差變成大約30kPa。如果氣泡的壓力變得更高，氣體融入水的溶解性增大，這 導致氣體將溶解到水中。然后，氣泡的尺寸變小，并且結(jié)果，壓力仍變得更高且氣體將溶解
4于水中。氣泡的尺寸變得越小，速度加速地變得更高，由此最終導致氣泡消失?？紤]到同樣的現(xiàn)象在塑性變形膜26中發(fā)生。在這種情況下，如果節(jié)距變小，由于 氣體殘存空間的表面張力，氣體殘存空間內(nèi)的壓力增大。在氣體殘存空間內(nèi)側(cè)的氣體是形 成塑性變形膜26的塑料材料的情況下或者在用于生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)件的襯底24是氣體可滲透 材料，它們將溶解到氣體可滲透材料中，并且氣體排出到處于低壓力Ptl的環(huán)境中。最終，在 一段時間之后，氣體殘存空間將完全填充有塑性變形材料。結(jié)果，缺陷在于不能精確形成中空部的節(jié)距在30微米或者以下的中空結(jié)構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，該方法適于精確制造中空部節(jié) 距為30微米或以下的中空結(jié)構(gòu)件，并且提供了一種用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底和用于制 造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備。在如權(quán)利要求1所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法中，通過利用用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn) 的襯底，其中所述襯底具有表面，在該表面上利用塑性變形材料形成塑性變形膜；以及多 個凹陷，該凹陷朝向所述表面開口并且在其中存放氣體，用于通過排出氣體來膨脹和牽拉 所述塑性變形膜來形成多個中空部，其特征在于通過在構(gòu)成用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底 的材料的一部分中使用氣體可滲透材料，高壓氣體通過事先在高壓狀態(tài)下注入到氣體可滲 透材料中而被封裝；塑性變形膜在減小壓力的條件下形成在所述表面上；并且在于，在防 止塑性變形膜進入凹陷的同時，被封裝在氣體可滲透材料中的高壓氣體被排出到每個凹陷 中，使得塑性變形膜被高壓氣體膨脹并牽拉到每個凹陷中，由此制造中空結(jié)構(gòu)件。如權(quán)利要求2所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法具有從表面之外的位置將高壓氣體 注入氣體可滲透材料的特征。如權(quán)利要求3所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法具有如下特征高壓氣體的氣壓和處 于減壓條件下的氣壓之間的壓力差滿足下面的條件表達式(2 X σ /r) < Δ P < 2 X σ b · L/r其中，σ是塑性變形材料的表面張力，r是每個凹陷的平均半徑，Qb是塑性變形 材料的抗拉強度，而L是凹陷之間的距離。如權(quán)利要求4所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法具有如下特征高壓氣體從與上述表 面相對的后表面注入到氣體可滲透材料中。如權(quán)利要求5所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法具有如下特征氣體可滲透材料基本 上由高聚合物材料構(gòu)成。如權(quán)利要求6所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法具有如下特征所述高聚合物材料是
二甲基聚硅醚。如權(quán)利要求7中所述的用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底是利用塑性變形材料生產(chǎn)中 空結(jié)構(gòu)件的襯底，其中，所述襯底具有表面，在該表面上利用塑性變形材料形成塑性變形 膜；以及多個凹陷，該凹陷朝向所述表面開口并且在其中存放氣體，用于通過排出所述氣體 而膨脹和牽拉所述塑性變形膜來形成多個中空部，其特征在于，所述襯底具有無機材料， 所述無機材料用于構(gòu)成前表面和每個凹陷，所述前表面中利用塑性變形材料形成塑性變形 膜，而所述凹陷朝向前表面和后表面開口并且其中存放氣體，所述凹陷通過排出所述氣體來膨脹和牽拉所述塑性變形膜來形成多個中空部；以及氣體可滲透材料，該氣體可滲透材 料設(shè)置在無機材料的后表面?zhèn)壬希⑶腋邏簹怏w注入其中。如權(quán)利要求8所述的用于利用襯底生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)件的襯底具有以下特征所述氣 體可滲透材料在與提供無機材料的表面相對的表面上設(shè)置有支撐元件，所述支撐元件由剛 性高于氣體可滲透材料的材料形成，所述支撐元件具有與氣體可滲透材料連通的通孔。如權(quán)利要求9所述的用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備具有以下特征該設(shè)備包括氣 密密封容器，該容器以如權(quán)利要求8所述的用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底作為邊界被限定為 面對每個凹陷的上部空間和面對支撐元件的下部空間；泵，該泵與上部空間連通，并且對上 部空間內(nèi)的空氣加壓和減壓；排出閥，該排出閥與上部空間連通并且排出上部空間內(nèi)的氣 體；泵，所述泵與下部空間連通并且加壓下部空間內(nèi)的氣壓；以及排出閥，該排出閥與下部 空間連通，并且排出下部空間內(nèi)的氣體。如權(quán)利要求10所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法包括在塑性變形材料膨脹和牽拉時 控制氣密密封空氣內(nèi)的壓力。因此，可以控制中空結(jié)構(gòu)件的尺寸。


圖1是示出用于制造中空結(jié)構(gòu)件的傳統(tǒng)設(shè)備的示例的總圖；圖2是示出塑性變形膜已經(jīng)形成在用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底的表面上的狀態(tài) 的局部剖視圖；圖3是示出圖2中所示的每個凹陷中的氣泡消失的狀態(tài)的局部剖視圖；圖4是示出由與示例1相關(guān)的用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備所制造的中空結(jié)構(gòu)件的 示例的剖視圖；圖5是示出用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備的輪廓的解釋圖；圖6是示出變形膜形成在與示例1相關(guān)的用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備的中空結(jié)構(gòu) 件生產(chǎn)的襯底上的狀態(tài)的解釋圖；圖7是示出與示例1相關(guān)的用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底的發(fā)泡過程的局部放大 圖；圖8是示出塑性變形膜被膨脹和拉伸的狀態(tài)的局部放大圖；圖9是解釋Yung-Laplace方程的解釋圖；圖10是解釋張應(yīng)力和抗拉強度之間的關(guān)系的解釋圖；圖11是與示例2相關(guān)的用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底的剖視圖；圖12A是與示例3相關(guān)的用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底的局部以剖面示出的平面 圖，而圖12B是其剖視圖；圖13是示出與示例3相關(guān)的用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備的外廓的剖視圖，并且示 出形成塑性變形膜之前的狀態(tài)；圖14是示出與示例3相關(guān)的用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備的外廓的剖視圖，并且示 出塑性變形膜被膨脹和牽拉的狀態(tài)；以及圖15是示出通過與示例3相關(guān)的制造方法所獲得的中空結(jié)構(gòu)件的示例的電子顯 微鏡照片。
具體實施例方式參照附圖解釋與本發(fā)明相關(guān)的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯 底和用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備的優(yōu)選實施方式。(實施方式)(中空結(jié)構(gòu)件1的構(gòu)造)圖4示出通過與本發(fā)明相關(guān)的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法所制造的作為中空結(jié)構(gòu)件1 的蜂窩狀結(jié)構(gòu)件。這個中空結(jié)構(gòu)件1在此為在中空部Ia和相鄰中空部Ia之間的節(jié)距為 10微米、高度h為15微米、半徑r平均為大約5微米、分隔壁X的厚度為2微米，且凹陷形 成區(qū)域的長度和寬度為5mmX5mm。作為用于形成塑性變形膜的塑性變形材料，使用稀釋到 30%的凝膠水溶液。與本發(fā)明相關(guān)的制造方法可應(yīng)用于制造節(jié)距m為1到100微米、高度 h為1到300微米的中空結(jié)構(gòu)件。(示例 1)圖5是示出與本發(fā)明相關(guān)的用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備的示例的示意圖。在圖5 中，附圖標記3表示材料涂敷設(shè)備。在材料涂敷設(shè)備3的上部上，設(shè)置有氣密密封容器4。 在這個氣密密封容器4內(nèi)側(cè)，設(shè)置有用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5。在氣密密封容器4的上 部部分上，設(shè)置有材料噴射設(shè)備6，該材料噴射設(shè)備6噴射塑性變形材料。在這個氣密密封 容器4上連接加壓-減壓泵7和排出閥8。在加壓-減壓泵7和排出閥8之間設(shè)置壓力調(diào) 節(jié)閥9。用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5在前表面5a的一側(cè)上具有凹陷5b，每個凹陷5b在 其中存放用于形成中空部Ia的氣體。在此氣體可滲透材料用作用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯 底。氣體可滲透材料由高聚合物材料，如硅橡膠(聚二甲基硅氧烷)等構(gòu)成，它們斥水性強。 當基于0. 4MPa的壓力差、0. Icm的厚度、Icm2的面積和0. 0015cm3的氣體滲透量來計算時， 氣體滲透系數(shù)例如為3X 10_" (cm3 · cm/(cm2 · s · Pa))，氣體滲透時間大約為1. 2秒。取決 于環(huán)境，作為氣體可滲透材料，可以使用如聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等。作為氣體可滲透材料，有可能使用無機材料，其內(nèi)側(cè)具有空穴。但是，由于氣體滲 透性系數(shù)變動較大，優(yōu)選的是使用高聚合物材料，它們在制造中空結(jié)構(gòu)件1的過程中氣體 滲透性系數(shù)變動較小，作為具有微小空穴的精確成形部分。現(xiàn)在，將描述制造中空結(jié)構(gòu)件1的方法。首先，通過在氣密密封容器4內(nèi)的內(nèi)部氣體壓力的初始值P。為0. IMPa的條件下控 制加壓_減壓泵7，氣體壓力P1被設(shè)定到0. 25MPa的高壓條件，如圖5所示。氣密密封容器 4內(nèi)側(cè)的氣體壓力P1被保持大約10分鐘到高壓條件。使得對應(yīng)于氣體壓力P1的氣體量滲 透進入用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5，并且氣體被封裝(包含或密封)在用于中空結(jié)構(gòu)件生 產(chǎn)的襯底5中。然后，如圖6所示，氣密密封容器4內(nèi)側(cè)的氣體被排出閥8排出到外側(cè)，由此將氣 密密封容器4內(nèi)側(cè)的氣體壓力返回到初始壓力P。(P。= 0. IMPa)。塑性變形材料從材料噴 射設(shè)備6中噴出，通過使用材料涂敷設(shè)備3，塑性變形膜10形成在表面5a上。作為塑性變 形材料的凝膠的水溶液的膠凝溫度是38°C _45°C。在這個示例中，處于60°C，即在膠凝溫度 之上的溫度下的凝膠水溶液通過材料噴射設(shè)備6噴射到用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5的表 面5a上。另外，通過旋涂方法形成10微米厚的塑性變形膜10。要指出的是塑性變形膜10
7的形成不必由旋涂方法形成，而可以依賴于窄縫涂敷方法、染料涂敷方法、簾式涂敷方法、 肥皂涂敷方法(soap coating method)等?；旧显谛纬伤苄宰冃文?0的同時，如圖7中放大所示，封裝在用于中空結(jié)構(gòu)件 生產(chǎn)的襯底5中的氣體壓力P1的氣體被排出到每個凹陷5b的氣體存放空間中，并且如圖 8所示，塑性變形膜10被膨脹和牽拉。另外，由于封裝在用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5內(nèi) 的氣體量隨著時間的消逝而減少，在用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5內(nèi)的密封氣體壓力也減 小，由此，形成具有中空部Ia的中空結(jié)構(gòu)件。以這種方式，物理特征在于由于凝膠水溶液 形式的液體介于凹陷5b和相鄰凹陷5b之間的表面5a與塑性變形膜10之間的空間內(nèi)，用 于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5中封裝的氣體將不會從處于凹陷5b和相鄰凹陷5b之間的空間 中的表面5a釋放。然后，氣密密封容器4的內(nèi)側(cè)被設(shè)定為低濕度環(huán)境，由此干燥中空結(jié)構(gòu)件1。在這 個示例中，在氣密密封容器的內(nèi)部溫度為24°C且濕度45wt %的條件下，進行干燥大約5分 鐘。為了加速中空結(jié)構(gòu)件1的干燥，優(yōu)選的是，將氣密密封容器4內(nèi)側(cè)設(shè)置成高溫和低濕度。 通過使用微波加熱裝置作為加熱裝置(未示出)，可以進一步加速干燥速度。結(jié)果，可以使 得干燥速度小于20秒。接著，中空結(jié)構(gòu)件1被手動從用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5上剝離。由于斥水性 非常好的硅橡膠用作在用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5中的氣體可滲透材料，容易剝離。在此，根據(jù)Yung-Laplace方程，如圖9所示，假設(shè)凹陷5b內(nèi)的氣體存放空間中的 壓力為P1，形成為塑性變形膜10的塑性變形材料的表面張力為σ，氣體存放空間內(nèi)的氣泡 (假設(shè)為球形)的平均半徑為r，且塑性變形材料的壓力(與氣密密封空間4的內(nèi)部壓力相 同)為P。，那么Δ P = P1-P2 = 2 σ /r當水的表面張力的值0.073(N/m)代替ο，且半徑5微米代替r，那么ΔΡ將是 0. 03MPa。讓P。為0. IMPa，那么封裝在用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5中的氣體的壓力P。必 須高于0. 13MPa。然后，在從0. 13MPa開始的氣密密封容器4的氣體壓力P1的各種條件下，類似于 圖5所示，利用用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備試驗制造中空結(jié)構(gòu)件1。結(jié)果，當氣體壓力P1大 于0. 13MPa并且低于0.4MPa時，可以毫無損壞地形成中空結(jié)構(gòu)件1的中空部la。當氣體 壓力P1低于0. 13MPa時，或是中空部不規(guī)則或是根本沒有形成中空部。當氣體壓力P1超過 0. 4MPa時，發(fā)現(xiàn)一些中空結(jié)構(gòu)件1帶有部分損壞的中空部la。當氣體壓力P1處于0. 25MPa 時，獲得中空部Ia尺寸均勻的可接受的中空結(jié)構(gòu)件1。如圖10中的放大圖所示，假設(shè)剛好在形成塑性變形膜10的塑性變形材料的膨脹 和牽拉之后的張應(yīng)力為，壓力差為ΔΡ，凹陷的平均半徑為r，且凹陷5b和相鄰凹陷5b 之間的表面5a上的距離的一半(凹陷之間的距離)為L，那么張應(yīng)力為Oa= Δ P · r/2L讓凹陷5b的直徑d為10微米，且凹陷5b和相鄰凹陷5b之間的節(jié)距m為10微 米。那么L = 2. 5微米。例如，讓壓力差八？分別為0.1510^、0.310^和0.510^，張應(yīng)力oa 將分別為 σ a = 75kPa(在 0. 15MPa 時)，oa= 150kPa(在 0. 3MPa 時)，oa = 250kPa(在 0. 5MPa時)。在作為塑性變形材料的稀釋成30%水溶液的張應(yīng)力大約150kPa。由于構(gòu)成
8凝膠水溶液的水分子蒸發(fā)導致抗拉強度隨著時間變化，難于獲得抗拉強度σ b的精確值。另 外，凝膠水溶液稀釋濃度越高，抗拉強度Qb越大。當壓力差ΔΡ在0. 15MPa和0. 4MPa之間時，張應(yīng)力ο a小于抗拉強度ο b，可以認 為具有中空部Ia的中空結(jié)構(gòu)件1無損壞地形成。當壓力差ΔΡ大于0.4MPa時，張應(yīng)力Oa 大于抗拉強度cb，認為會損壞塑性變形材料，因此，不能形成具有中空部Ia的中空結(jié)構(gòu)件 1。因此，認為壓力差AP必須落入由(2Loa/r) < (2L σ b/r)表示的范圍內(nèi)?？傊@個示例1的制造中空結(jié)構(gòu)件1的方法大致由以下步驟構(gòu)成將加壓氣體注 入用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5中；通過用塑性變形材料涂敷用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底 5的表面5a形成塑性變形膜；基本上在形成塑性變形膜10的同時發(fā)泡；干燥；以及剝離。(示例 2)在示例2中，如圖11所示，通過無機材料5c和氣體可滲透材料5d構(gòu)成用于中空 結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5。無機材料5c具有表面5e，其中利用塑性變形材料形成塑性變形膜 10 ；以及通孔5g，該通孔向表面5e并且向在相對側(cè)上的后表面5f開放，并且構(gòu)成其中存放 氣體的各個凹陷5b，該凹陷用于通過排出氣體來膨脹和牽拉塑性變形膜10來形成多個中 空部la。作為無機材料5c，在這個示例中使用銅箔(金屬)。氣體可滲透材料(在這個示 例中為硅橡膠)5d設(shè)置在無機材料5c的后表面5f側(cè)上。這個用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5通過用未固化的硅樹脂涂敷銅箔，此后通過固 化未固化的硅樹脂而形成。此后，銅箔形成有六邊形通孔5g的圖案，這對應(yīng)于每個凹陷5b， 并且然后通過蝕刻加工，由此形成通孔5g。根據(jù)上述過程，用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5的 凹陷5b可以容易地形成。在硅橡膠上形成多個凸起和凹陷的情況下，需要利用具有凸起和凹陷的模具來轉(zhuǎn) 印它們。當模具輪廓的每個凹陷中的懸垂部等以及硅橡膠和模具材料的相容性比較大時， 從模具上剝離硅橡膠時存在硅橡膠被損壞的危險，由此導致轉(zhuǎn)印不良。在這個示例2中，可 以避免這種危險。此外，在用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5的表面5a和凹陷5b上進行表面處理的情 況下，具有化學穩(wěn)定界面的硅橡膠在表面處理方面帶來難處。另一方面，無機材料5c易于 表面處理。尤其是，如果塑性變形材料對用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5的表面的粘著力不 夠的話，尤其是在塑性變形材料膨脹和牽拉時，在膨脹和牽拉的過程中存在塑性變形材料 從表面5a上剝離的可能性。另一方面，如果用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5的表面5a的粘 著力過大的話，存在著在將中空結(jié)構(gòu)件1從用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5上剝離時損壞中 空結(jié)構(gòu)件1的危險。難于單獨調(diào)整硅橡膠的粘著力。但是，通過將用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的 襯底5形成為無機材料5c和氣體可滲透材料5d的復合結(jié)構(gòu)，可以簡化粘著力的調(diào)整。(示例 3)在制造與示例1相關(guān)的中空結(jié)構(gòu)件的方法中，執(zhí)行制造中空結(jié)構(gòu)件的過程，其中 用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)ι的襯底5被設(shè)置在氣密密封容器4內(nèi)側(cè)的適當位置處；在氣密密封 容器4內(nèi)側(cè)高壓氣體的條件下，使得高壓氣體穿透而進入用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5 ；此 后，用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5在其表面上涂敷有塑性變形材料，并然后發(fā)泡；以及塑性 變形材料被膨脹和牽拉。因此，需要一些時間來減小氣密密封容器4內(nèi)側(cè)的壓力，并且注入到用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5內(nèi)的氣體的壓力將降低。在示例3中，提供了一種用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5，其中，可以防止注入到用 于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5內(nèi)側(cè)的氣體壓力降低，并且制造中空結(jié)構(gòu)件的效率得以提高。如圖12A和12B所示，通過無機材料5c、氣體可滲透材料5d和支撐元件5h，構(gòu)成 用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5。由于無機材料5c和氣體可滲透材料5d的成份與示例2中 的相同，因此省略對它們的詳細描述。支撐元件5h設(shè)置在氣體可滲透材料5d的與無機材 料5c相對的一側(cè)上的表面上。支撐元件5h由剛性高于氣體可滲透材料5d的材料形成并 且具有與氣體可滲透材料5d相連通的通孔5j。通孔5j具有將氣體提供到氣體可滲透材料 5d的作用。支撐元件5h可以通過例如用沖壓裝置沖壓5mm厚的鋼板來獲得各自開口直徑 為5mm的孔來獲得。為何在氣體可滲透材料5d上設(shè)置支撐元件5h的原因在于防止氣體可 滲透材料5d由于后面描述的壓力差ΔΡ’而變形或者被損壞。接著，如圖13所示，這個用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5如下形成用未固化的硅橡 膠涂敷支撐元件5h的表面；將銅箔放置在硅橡膠上；且此后固化未固化的硅橡膠，由此通 過連接形成襯底5。以用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5的側(cè)表面與氣密密封容器4緊密接觸的方式，用 于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5被設(shè)置在氣密密封容器4內(nèi)側(cè)適當位置處。根據(jù)這種布置方式， 以用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5作為邊界將氣密密封容器4的內(nèi)側(cè)限定成每個凹陷5b所 面對的上部空間4a以及支撐元件5h面對的下部空間4b。氣密密封容器4的上部空間4a 與加壓-減壓上部空間4a內(nèi)的氣體壓力的泵11以及將上部空間4a內(nèi)的氣體排出的排出 閥12連通。壓力調(diào)節(jié)閥13設(shè)置在泵11和氣密密封容器4之間。氣密密封容器4的下部空間4b與加壓下部空間4b內(nèi)的氣體壓力的泵14 ；以及將 下部空間4b內(nèi)的氣體排出的排出閥15相連通。壓力調(diào)節(jié)閥16設(shè)置在泵14和氣密密封空 間4之間。在示例3中，高壓氣體(0. 25MPa的氣體壓力)從下部空間4b側(cè)注入到氣體可滲 透材料5d。上部空間4a內(nèi)的氣體壓力低于高壓氣體的氣體壓力即為可接受的。但是，從用 塑性變形材料涂敷用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底5的無機材料5c的操作性角度來看，它被設(shè) 定成環(huán)境壓力條件。將高壓氣體注入到氣體可滲透材料5d的時間可以適當設(shè)定。在這個示例中，如圖 14所示，在開始將高壓氣體注入到下部空間4b之后大約10分鐘，塑性變形材料涂敷到無機 材料5c的表面5a上，由此形成塑性變形膜10。在與形成這個塑性變形膜10基本上同時， 高壓氣體從每個凹陷5b釋放，由此開始發(fā)泡。根據(jù)這個布置形式，塑性變形材料被膨脹和 牽拉。然后，在與示例1中相同的低濕度和低溫環(huán)境下，塑性變形材料干燥。在此，干燥在 24°C的溫度以及45襯％的濕度的環(huán)境條件下進行大約5分鐘。根據(jù)這種布置方式，制造中 空結(jié)構(gòu)件1。在中空結(jié)構(gòu)件1的高度(厚度)被控制的情況下，從剛好在塑性變形材料開始發(fā) 泡之前，在上部空間4a內(nèi)的氣體壓力被調(diào)節(jié)。如果上部空間4a內(nèi)的氣體壓力和下部空間 4b內(nèi)的氣體壓力之間的壓力差較大，塑性變形材料進入每個凹陷中的穿透被進一步阻止。 一旦塑性變形材料已經(jīng)發(fā)泡，即使上部空間4a內(nèi)的氣體壓力較高，塑性變形材料將不會穿 透進入每個凹陷。另一方面，通過控制上部空間4a內(nèi)的壓力為高壓，發(fā)泡速度保持在控制下，并且可以控制中空結(jié)構(gòu)件1的高度(厚度)。為了縮短干燥時間，優(yōu)選的是將氣密密封 容器4內(nèi)側(cè)設(shè)定為更低濕度和更高溫度。圖15是示出以這種方式制造的中空結(jié)構(gòu)件1的照片。中空結(jié)構(gòu)件1的中空部Ia 的中心和中空部Ia的中心之間的距離(即，節(jié)距m)大約為10微米，且分隔中空部Ia和另 一中空部Ia的分隔壁的厚度χ為0. 2微米，高度為大約10微米。在這些示例中，水溶液材料被描述為塑性變形材料。它不必局限于上述示例，而作 為塑性變形材料，也可以使用UV固化樹脂、熱塑性樹脂等。根據(jù)權(quán)利要求1描述的本發(fā)明，通過在構(gòu)成用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底的材料的 一部分中使用氣體可滲透材料，在高壓條件下，高壓氣體通過事先注入氣體可滲透材料中 而封裝。通過在減壓條件下膨脹和牽拉塑性變形模，同時防止塑性變形膜進入到凹陷中，塑 性變形膜形成在表面上，封裝在氣體可滲透材料中的高壓氣體被排出到每個凹陷中。因此， 存在可以精確制造中空結(jié)構(gòu)件的效果，該中空結(jié)構(gòu)件在中空部之間的節(jié)距空間低于30微 米。根據(jù)權(quán)利要求2中描述的本發(fā)明，基本上在與氣體注入到構(gòu)成用于中空結(jié)構(gòu)件生 產(chǎn)的襯底的一部分的氣體可滲透材料的同時，塑性變形膜形成在用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯 底的表面上。因此，具有可以縮短制造時間的效果。根據(jù)權(quán)利要求3所述的本發(fā)明，存在如下效果在膨脹和牽拉構(gòu)成塑性變形膜的 塑性變形材料的時候，可以制造中空結(jié)構(gòu)件，且塑性變形材料不會受到損壞。根據(jù)權(quán)利要求4所述的本發(fā)明，存在如下效果可以減小從每個凹陷向塑性變形 膜排出的氣體的壓力變化，因此，中空結(jié)構(gòu)件的尺寸精度可得以進一步提高。另外，還存在 可以縮短制造中空結(jié)構(gòu)件的時間的效果。根據(jù)權(quán)利要求5所述的本發(fā)明，由于通過利用高聚合物材料形成氣體可滲透材 料，存在如下效果產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，氣體滲透性系數(shù)變化小，并且可以從各個凹陷中排出 均勻壓力的氣體。根據(jù)權(quán)利要求6所述的本發(fā)明，由于二甲基聚硅氧烷(DMPS)用作高聚合物材料， 存在可以縮短氣體滲透進入氣體可滲透材料的時間的效果。另外，還存在如下效果中空結(jié) 構(gòu)件的制造時間可以縮短且可以以低成本提供中空結(jié)構(gòu)件。根據(jù)權(quán)利要求7描述的本發(fā)明，由于采用了與權(quán)利要求1所用的不同的材料來形 成每個凹陷和氣體可滲透部分，除了權(quán)利要求1的效果之外，還具有形成凹陷的材料的選 擇自由度增加的效果。例如，可以選擇易于構(gòu)圖加工的材料或者易于表面處理的材料。根據(jù)權(quán)利要求8中描述的本發(fā)明，由于氣體可滲透材料由高剛性的支撐元件支 撐，具有防止氣體可滲透材料變形的效果。根據(jù)權(quán)利要求9中描述的本發(fā)明，在從與具有每個凹陷的表面相對的表面將氣體 注入到氣體可滲透材料中的同時，塑性變形膜形成在每個凹陷的表面上。因此，如同權(quán)利要 求2和3所述的發(fā)明，具有可以縮短制造時間的效果。根據(jù)權(quán)利要求10中描述的本發(fā)明，由于在塑性變形膜膨脹和牽拉時可以調(diào)節(jié)氣 密密封容器內(nèi)的壓力，可以在尺寸方面控制中空結(jié)構(gòu)件。附圖標記的描述5 用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底
11
5a 前表面5b 凹陷10塑性變形膜
權(quán)利要求
一種利用用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，其中所述襯底具有表面，利用塑性變形材料在該表面上形成塑性變形膜；以及多個凹陷，所述凹陷朝向所述表面開口并且在其中存放氣體，用于通過排出氣體來膨脹和牽拉所述塑性變形膜，形成多個中空部，其特征在于通過在構(gòu)成用于中空結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的襯底的材料的一部分中利用氣體可滲透材料，高壓氣體通過事先在高壓狀態(tài)下注入到氣體可滲透材料中而被封裝；在于塑性變形膜在減壓條件下形成在所述表面上；并且在于在防止塑性變形膜進入凹陷的同時，被封裝在氣體可滲透材料中的高壓氣體被排出到每個凹陷中，使得塑性變形膜被每個凹陷中的高壓氣體膨脹并牽拉，由此制造中空結(jié)構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求1所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，其中，所述高壓氣體從所述表面之外 的位置注入到所述氣體可滲透材料中。
3.如權(quán)利要求1所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，其中，所述高壓氣體的氣體壓力與處 于減壓條件下的氣體壓力之間的壓力差ΔΡ滿足以下條件表達式(2 X σ /r) < Δ P < 2 X σ b · L/r其中σ是塑性變形材料的表面張力，r是每個凹陷的平均半徑，ob是塑性變形材料的 抗拉強度，而L是各凹陷之間的距離。
4.如權(quán)利要求1所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，其中，高壓氣體從與所述表面相對的 后表面?zhèn)茸⑷氲剿鰵怏w可滲透材料中。
5.如權(quán)利要求1所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，其中，所述氣體可滲透材料基本上由 高聚合物材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，其中，所述高聚合物材料是二甲基聚 硅氧烷(DMPS)。
7.一種利用塑性變形材料制造中空結(jié)構(gòu)件的襯底，其中，所述襯底包括表面，在該表 面上利用塑性變形材料形成塑性變形膜；以及多個凹陷，所述凹陷朝向所述表面開口并且 在其中存放氣體，用于通過排出氣體來膨脹和牽拉所述塑性變形膜，形成多個中空部，其特 征在于所述襯底具有無機材料，該無機材料用于構(gòu)成前表面，在該前表面，利用塑性變形材料形成塑性變 形膜；以及每個凹陷，所述凹陷向所述前表面和后表面開口并且在其中存放氣體，該凹陷通 過排出所述氣體來膨脹和牽拉所述塑性變形膜而形成多個中空部；以及氣體可滲透材料，所述氣體可滲透材料設(shè)置在所述無機材料的后表面?zhèn)壬希⑶腋邏?氣體注入其中。
8.如權(quán)利要求7所述的制造中空結(jié)構(gòu)件的襯底，其中，所述氣體可滲透材料在與設(shè)置 無機材料的表面相對的表面上設(shè)置有支撐元件，所述支撐元件由剛性高于氣體可滲透材料 的材料形成，并且所述支撐材料具有與氣體可滲透材料相連通的通孔。
9.一種用于制造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備，包括氣密密封容器，該容器以如權(quán)利要求8所述的用于制造中空結(jié)構(gòu)件的襯底作為邊界被 限定成面對每個凹陷的上部空間和面對支撐元件的下部空間；泵，該泵與上部空間連通，并且對上部空間內(nèi)的空氣加壓和減壓；排出閥，該排出閥與上部空間連通并且排出上部空間內(nèi)的氣體；泵，所述泵與下部空間連通并且加壓下部空間內(nèi)的氣壓；以及 排出閥，該排出閥與下部空間連通，并且排出下部空間內(nèi)的氣體。
10. 一種利用如權(quán)利要求9所述的用于制 造中空結(jié)構(gòu)件的設(shè)備來制造中空結(jié)構(gòu)件的方 法，包括如下步驟通過在膨脹和牽拉所述塑性變形材料時控制至少在所述上部空間內(nèi)的 氣體壓力，控制該中空結(jié)構(gòu)件的高度。
全文摘要
提供了一種制造中空結(jié)構(gòu)件的方法，該方法適于精確制造中空部的節(jié)距在30微米以下的中空結(jié)構(gòu)件。制造中空結(jié)構(gòu)件的方法是通過在構(gòu)成制造中空結(jié)構(gòu)件的襯底(5)的材料的一部分中使用氣體可滲透材料，高壓氣體通過事先在高壓條件下注入氣體可滲透材料中予以封裝；在減壓條件下在表面上形成塑性變形膜(10)；以及在防止塑性變形材料進入凹陷(5b)的同時，通過將封裝在氣體可滲透材料中的高壓氣體排出到每個凹陷(5b)中來膨脹和牽拉塑性變形膜(10)，由此制造中空結(jié)構(gòu)件。
文檔編號B29C44/00GK101970203SQ20098010843
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者妹尾晉哉, 金松俊宏 申請人:株式會社理光