JP5083535B2 - Film manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ハニカム構造を有するフィルムの製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a film having a honeycomb structure.
ハニカム構造を有するフィルムは、細胞培養用基材として有用であると考えられている。また、特定の孔径と孔径バラツキをもつハニカム構造のフィルムは、血液濾過膜などとしても利用されることが期待されている。この濾過膜は輸血用の全血から白血球を除去するためなどに用いられる。 A film having a honeycomb structure is considered to be useful as a substrate for cell culture. In addition, a honeycomb structure film having a specific pore size and pore size variation is expected to be used as a blood filtration membrane. This filtration membrane is used to remove leukocytes from whole blood for transfusion.
ところで、近年、種々の病症を治療するためにステントなどの医療用具を体内に留置することが行われている。たとえば、ガンなどで狭窄・閉鎖した胆管や尿管を拡張するための医療用具として胆管ステントや尿管ステントが知られている。 By the way, in recent years, in order to treat various diseases, medical devices such as stents are placed in the body. For example, bile duct stents and ureteral stents are known as medical devices for dilating bile ducts and ureters that have been narrowed or closed with cancer or the like.
これらのステントを用いる場合には、ガンの進行により、一旦拡張した胆管や尿管が再狭窄・閉鎖してしまう場合がある。そこで、これを防ぐために、ステントなどの医療器具の表面に被覆層を設け、この被覆層の存在によりガンの進行を抑制させる試みも提案されている。この被覆層として、ハニカム構造を有するフィルムを用いようとする試みが、本出願人により提案されている(特許文献1)。 When these stents are used, the biliary tract and ureter once dilated may be restenotic or closed due to the progression of cancer. In order to prevent this, an attempt has been proposed in which a coating layer is provided on the surface of a medical device such as a stent and the progression of cancer is suppressed by the presence of this coating layer. An attempt to use a film having a honeycomb structure as the coating layer has been proposed by the present applicant (Patent Document 1).
下記の特許文献2には、ハニカム構造を有するフィルムの製造方法および製造装置が開示されている。この文献に記載してある方法では、まず、高分子溶液を、基板上にキャストし、溶液膜を形成する。その後に、溶液膜の表面に、結露水からなる水滴を形成する。この水滴を溶液膜中に含有させ、その後に、溶液膜中の溶媒の蒸発と、水滴の蒸発とを行い、ハニカム構造を有するフィルムを製造することができる。
しかしながら、従来のハニカム構造を有するフィルムの製造方法および製造装置では、溶液膜の表面に加湿された空気をノズルから略垂直に吹き付け、溶液膜を保持する基板を、ノズルの吹き出し方向に対して略垂直方向に移動させている。このため、溶液膜に対しては、溶液膜の表面に結露が開始する時点から全面に結露するまでの時点で、空気の吹き付け速度が一定であり、径が揃った結露水を溶液膜の全面に対して均一に一層のみ形成することが困難である。溶液膜の全面に結露水が生じすぎても、少なすぎても、均一な孔径の空孔が形成された周期的なハニカム構造を有するフィルムを製造することは困難である。 However, in the conventional method and apparatus for producing a film having a honeycomb structure, humidified air is blown from the nozzle substantially perpendicularly to the surface of the solution film, so that the substrate holding the solution film is substantially the same as the nozzle blowing direction. It is moved vertically. For this reason, with respect to the solution film, the air blowing speed is constant from the time when condensation starts on the surface of the solution film to the time when condensation is formed on the entire surface, and condensed water having a uniform diameter is supplied to the entire surface of the solution film. However, it is difficult to form only one layer uniformly. It is difficult to produce a film having a periodic honeycomb structure in which pores having a uniform pore diameter are formed, even if too much or too little condensed water is generated on the entire surface of the solution film.
また、従来のハニカム構造を有するフィルムの製造方法および製造装置では、溶液膜が形成される基板がノズルに対して移動する構成であり、溶液膜の表面に加湿された空気をノズルから略垂直に吹き付けていることから、溶液膜の表面の平行度を保持することが困難である。そのため、得られるフィルムの膜厚のバラツキなどが生じ、結果として、周期的なハニカム構造を有するフィルムを製造することは困難である。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、均一な孔径を有する空孔が形成された周期的なハニカム構造のフィルムを効率的に製造することができるフィルムの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。 The present invention is made in view of such a situation, and provides a film manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of efficiently manufacturing a film having a periodic honeycomb structure in which pores having a uniform hole diameter are formed. For the purpose.
上記目的を達成するために、本発明に係るフィルムの製造方法は、
ポリマー溶液から成る所定厚みの溶液膜を基板上に形成する工程と、
加湿された気体を、ノズルから前記溶液膜の表面に、当該表面に対して平行な前記気体の流れが存在するように吹き付け、前記気体の吹き付け方向と反対方向で前記溶液膜の表面に平行な方向に前記ノズルを移動させ、前記溶液膜の表面に、結露による水滴を形成する工程と、
前記溶液膜に含まれる溶媒を蒸発させる工程と、
前記溶液膜に含まれる水滴を蒸発させる工程とを、有し、
前記水滴に対応する空孔をフィルムの内部または表面に形成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a film production method according to the present invention comprises:
Forming a solution film of a predetermined thickness comprising a polymer solution on a substrate;
The humidified gas is sprayed from the nozzle onto the surface of the solution film so that the gas flow parallel to the surface exists, and is parallel to the surface of the solution film in a direction opposite to the gas blowing direction. Moving the nozzle in a direction to form water droplets due to condensation on the surface of the solution film;
Evaporating the solvent contained in the solution film;
Evaporating water droplets contained in the solution film,
Holes corresponding to the water droplets are formed inside or on the surface of the film.
本発明に係るフィルムの製造装置は、
所定厚みの溶液膜が形成された基板を保持する基板保持台と、
前記基板保持台の周囲雰囲気を一定の温度および湿度に保つことが可能なチャンバと、
加湿された気体を、前記溶液膜の表面に、当該表面に対して平行な前記気体の流れが存在するように吹き付けるノズルと、
前記気体の吹き付け方向と反対方向で前記溶液膜の表面に平行な方向に前記ノズルを移動させることが可能なノズル移動手段と、
前記基板の温度を制御する基板温度制御手段と、を有する。
The film production apparatus according to the present invention comprises:
A substrate holder for holding a substrate on which a solution film of a predetermined thickness is formed;
A chamber capable of maintaining the ambient atmosphere of the substrate holder at a constant temperature and humidity;
A nozzle that blows the humidified gas on the surface of the solution film so that there is a flow of the gas parallel to the surface;
Nozzle moving means capable of moving the nozzle in a direction parallel to the surface of the solution film in a direction opposite to the gas blowing direction;
Substrate temperature control means for controlling the temperature of the substrate.
本発明に係るフィルムの製造方法および製造装置では、基板を移動させることなく、ノズルを移動させるために、基板の上に形成される溶液膜の平行度を保ちやすい。また、気体を吹き出すノズルを、気体の吹き付け方向と反対方向で溶液膜の表面に平行な方向に移動させるために、溶液膜の表面では、ノズルが遠ざかるにつれて、気体の吹き付け速度が減少する。そのため、既に結露水が形成された溶液膜の表面では、新たな結露水が生じることはなくなり、結露水が二層以上に形成されるなどの不都合を防止することができる。 In the film manufacturing method and the manufacturing apparatus according to the present invention, since the nozzle is moved without moving the substrate, the parallelism of the solution film formed on the substrate is easily maintained. In addition, since the nozzle that blows out the gas is moved in a direction parallel to the surface of the solution film in the direction opposite to the direction of blowing the gas, the gas blowing speed decreases on the surface of the solution film as the nozzle moves away. Therefore, new condensed water is not generated on the surface of the solution film on which condensed water has already been formed, and inconveniences such as the formation of condensed water in two or more layers can be prevented.
さらに、溶液膜の表面において、結露水が生じている表面部分と、まだ結露水が形成されていない表面部分との境界が、ノズルの移動に連れて徐々に移動し、水滴間や水滴のクラスター間に働く圧縮応力を逃がしやすい。 Furthermore, on the surface of the solution film, the boundary between the surface portion where the condensed water is generated and the surface portion where the condensed water is not yet formed gradually moves as the nozzle moves, and between water droplets or a cluster of water droplets. It is easy to release the compressive stress acting between them.
これらの結果として、本発明に係るフィルムの製造方法および製造装置では、均一な孔径を有する空孔が形成された周期的なハニカム構造のフィルムを効率的に製造することができる。また、ノズルから吹き出されるガスの吹き出し速度、ノズルの移動速度、ノズルの吹き出し口の角度などを制御することで、ハニカム構造における空孔の大きさや周期パターンなどを変化させることも可能である。 As a result, the film manufacturing method and manufacturing apparatus according to the present invention can efficiently manufacture a film having a periodic honeycomb structure in which pores having a uniform hole diameter are formed. In addition, by controlling the blowing speed of the gas blown from the nozzle, the moving speed of the nozzle, the angle of the blowing outlet of the nozzle, and the like, the size of the holes and the periodic pattern in the honeycomb structure can be changed.
さらに、本発明に係るフィルムの製造方法および製造装置では、フィルムの製造後に、ロール状にフィルムを巻き付ける工程がないため、ハニカム構造が潰れるなどの不都合もない。 Furthermore, in the method and apparatus for producing a film according to the present invention, there is no inconvenience such as collapse of the honeycomb structure because there is no step of winding the film into a roll after production of the film.
好ましくは、前記ポリマー溶液には、水よりも沸点が低い溶媒が含まれている。溶液膜中の溶媒を最初に蒸発させ、その後に、水滴を蒸発させて水滴に対応する空孔をフィルムの内部に形成し、ハニカム構造を得るためである。 Preferably, the polymer solution contains a solvent having a boiling point lower than that of water. This is because the solvent in the solution film is first evaporated, and then water droplets are evaporated to form pores corresponding to the water droplets in the film, thereby obtaining a honeycomb structure.
前記ポリマー溶液には、水よりも沸点が低い二種類以上の溶媒が含まれてもよい。溶媒の蒸発速度を制御することにより、周期性の高いハニカム構造のフィルムを得ることができる。 The polymer solution may contain two or more solvents having a boiling point lower than that of water. By controlling the evaporation rate of the solvent, a film having a honeycomb structure with high periodicity can be obtained.
好ましくは、前記ノズルは、当該ノズルの移動方向に沿って前記溶液膜の表面における第1端部から第2端部まで移動し、その後に、前記溶液膜の表面から遠ざかる。溶液膜の表面において、結露水が生じている表面部分と、まだ結露水が形成されていない表面部分との境界が、ノズルの移動に連れて徐々に移動し、溶液膜の表面の全面に結露水が形成された後には、溶液膜の表面からノズルが離れていることが好ましい。溶液膜の表面に多重に結露水の層が形成されないようにするためである。 Preferably, the nozzle moves from the first end to the second end on the surface of the solution film along the moving direction of the nozzle, and thereafter moves away from the surface of the solution film. On the surface of the solution film, the boundary between the surface portion where condensation water is generated and the surface portion where condensation water is not yet formed gradually moves as the nozzle moves, and condensation forms on the entire surface of the solution film. It is preferable that the nozzle is separated from the surface of the solution film after the water is formed. This is to prevent multiple layers of condensed water from being formed on the surface of the solution film.
好ましくは、チャンバー内の温度および湿度を一定に制御した後に、前記チャンバー内で、前記気体を、前記ノズルから前記溶液膜の表面に吹き付ける。また、好ましくは、前記溶液膜の表面において、前記ノズルから吹き付けられる気体の露点以下の温度となるように、前記基板の温度を制御し、その後に、前記気体を、前記ノズルから前記溶液膜の表面に吹き付ける。 Preferably, after the temperature and humidity in the chamber are controlled to be constant, the gas is blown from the nozzle onto the surface of the solution film in the chamber. Preferably, the temperature of the substrate is controlled so that the temperature of the surface of the solution film is equal to or lower than the dew point of the gas blown from the nozzle, and then the gas is supplied from the nozzle to the solution film. Spray on the surface.
好ましくは、前記溶液膜の全表面に、結露による水滴を形成した後、前記溶液膜の表面付近の温度が露点付近になるように、前記基板の温度を上げ、その状態を維持し、前記溶液膜に含まれる溶媒を蒸発させる。 Preferably, after forming water droplets due to condensation on the entire surface of the solution film, the temperature of the substrate is raised so that the temperature near the surface of the solution film is close to the dew point, and the state is maintained, and the solution is maintained. The solvent contained in the membrane is evaporated.
好ましくは、前記気体を吹き出すノズルの吹き出し口は、前記溶液膜の表面に対して略平行な方向を向いている。吹き出し口の吹き出し角度は、制御可能になっていてもよい。 Preferably, the outlet of the nozzle that blows out the gas faces a direction substantially parallel to the surface of the solution film. The outlet angle of the outlet may be controllable.
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1(A)は本発明の一実施形態に係るハニカム構造のフィルムの要部断面図、図1(B)は本発明の他の実施形態に係るハニカム構造のフィルムの要部断面図、図1(C)は本発明のさらに他の実施形態に係るハニカム構造のフィルムの要部断面図、
図2は図1(A)に示すハニカム構造のフィルムの平面図、
図3は本発明の一実施形態に係るフィルムの製造装置、
図4は図3に示すノズルと基板との関係を示す斜視図、
図5は結露水の形成過程を示す概略断面図、
図6は基板の温度経時変化を示すグラフである。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
1A is a cross-sectional view of a main part of a film having a honeycomb structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a main part of a film having a honeycomb structure according to another embodiment of the present invention. 1 (C) is a cross-sectional view of a main part of a film having a honeycomb structure according to still another embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a plan view of the honeycomb structure film shown in FIG.
FIG. 3 shows a film production apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing the relationship between the nozzle and the substrate shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the formation process of condensed water,
FIG. 6 is a graph showing the temperature change of the substrate over time.
図1(A)、図1(B)および図2に示すように、後述する本実施形態のフィルムの製造方法により形成されるフィルム2は、略均一な孔径の空孔4が平面方向に規則正しく周期的に形成してあるハニカム構造のフィルムである。なお、図1(A)に示す実施形態のフィルム2では、空孔4は、平面方向に相互に一部が接触して形成してあり、フィルム2の一方の面のみに開口している。なお、図1(C)に示すように、隣接する空孔4の接触部は、相互に連通していても良い。
As shown in FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 2, the
後述する本実施形態のフィルムの製造方法の製造条件によっては、図1(A)および図1(C)に示すフィルム2のみではなく、たとえば図1(B)に示すフィルム2を製造することもできる。図1(B)に示すフィルム2では、空孔4は、平面方向に相互に接触せずに形成してあり、フィルム2の両側の面に開口している。
Depending on the manufacturing conditions of the film manufacturing method of this embodiment to be described later, not only the
なお、図1(A)および図1(B)に示すいずれのフィルム2でも、空孔4は、フィルム2の平面方向に沿って一層で形成されることが好ましい。空孔4の平均孔径は、通常0.05〜100μmであり、0.1〜100μmであることが好ましく、0.1〜20μmであることがより好ましく、0.5〜10μmであることがさらに好ましい。このような平均孔径を有する空孔4を有するハニカム構造のフィルム2は、細胞増殖抑制作用に優れている。ただし、この実施形態のフィルム2の用途は、たとえばステントの表面に具備されるフィルムとしての医療用に限定されず、その他の用途に幅広く使うことができる。
In any
ここで、孔径とは孔の開口形状に対する最大内接円の直径を指し、例えば、孔の開口形状が実質的に円形状である場合はその円の直径を指し、実質的に楕円形状である場合はその楕円の短径を指し、実質的に正方形状である場合はその正方形の辺の長さを指し、実質的に長方形状である場合はその長方形の短辺の長さを指すものである。当該孔径の測定は走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて行うことができる。 Here, the hole diameter refers to the diameter of the maximum inscribed circle with respect to the opening shape of the hole. For example, when the opening shape of the hole is substantially circular, it refers to the diameter of the circle, and is substantially elliptical. In this case, it refers to the minor axis of the ellipse.If it is substantially square, it refers to the length of the side of the square.If it is substantially rectangular, it refers to the length of the short side of the rectangle. is there. The pore size can be measured using a scanning electron microscope (SEM) or the like.
本実施形態のフィルム2において、空孔4の孔径の変動係数〔=標準偏差÷平均値×100(%)〕が30%以下であることが好ましく、孔径の変動係数が20%以下であることがより好ましい。このような孔径の均一性が高い多孔構造(ハニカム構造)が構成されることにより、より優れた細胞増殖抑制作用を有するフィルム2を得ることができる。
In the
フィルム2を構成する樹脂としては、特に限定されず、非生体分解性樹脂と生体分解性樹脂のいずれも使用できる。生体内において細胞増殖抑制作用を長期間持続させる観点からは、生体内で容易に分解されない非生体分解性樹脂から形成されてなるものが好ましい。
It does not specifically limit as resin which comprises the
本発明のフィルム2を構成する樹脂の具体例としては、ポリブタジエン(1,2−ポリブタジエン、1,4−ポリブタジエン)、ポリイソプレン、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などの共役ジエン系高分子;ポリε−カプロラクトン;ポリウレタン;酢酸セルロース、セルロイド、硝酸セルロース、アセチルセルロース、セロファンなどのセルロース系高分子;ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド12、ポリアミド46などのポリアミド系高分子;ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、パーフルオロエチレン−プロピレン共重合体などのフッ素高分子;ポリスチレン、スチレン−エチレン−プロピレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン共重合体、塩素化ポリエチレン−アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸エステル−スチレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、アクリル酸エステル−アクリロニトリルースチレン共重合体などのスチレン系高分子;ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、オレフィン−ビニルアルコール共重合体、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系高分子;フェノール樹脂、アミノ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などのホルムアルデヒド系高分子;ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系高分子;エポキシ樹脂;ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリ−2−ヒドロキシエチルアクリレート、メタクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体などの(メタ)アクリル系高分子;ノルボルネン系樹脂;シリコン樹脂;ポリ乳酸、ポリヒドロキシ酪酸、ポリグリコール酸などのヒドロキシカルボン酸の重合体;などが挙げられる。これらは1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
Specific examples of the resin constituting the
これらの中でも、細胞増殖抑制作用を有するフィルムを得るためには、共役ジエン系高分子、スチレン系高分子またはポリウレタンの使用がより好ましく、1,2−ポリブタジエンの使用が特に好ましい。 Among these, in order to obtain a film having a cell growth inhibitory action, the use of a conjugated diene polymer, a styrene polymer or polyurethane is more preferred, and the use of 1,2-polybutadiene is particularly preferred.
また、フィルム2を構成する樹脂には、両親媒性物質を添加してもよい。添加する両親媒性物質としては、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールブロック共重合体;アクリルアミドポリマーを主鎖骨格とし疎水性側鎖としてドデシル基と親水性側鎖としてラクトース基またはカルボキシル基を併せ持つ両親媒性樹脂;ヘパリンやデキストラン硫酸、核酸(DNAやRNA)などのアニオン性高分子と長鎖アルキルアンモニウム塩とのイオンコンプレックス;ゼラチン、コラーゲン、アルブミンなどの水溶性タンパク質を親水性基とした両親媒性樹脂;ポリ乳酸−ポリエチレングリコールブロック共重合体、ポリε−カプロラクトン−ポリエチレングリコールブロック共重合体、ポリリンゴ酸−ポリリンゴ酸アルキルエステルブロック共重合体などの両親媒性樹脂;などが挙げられる。
Further, an amphiphilic substance may be added to the resin constituting the
本実施形態では、このようなハニカム構造のフィルム2の厚みは、特に限定されないが、0.05〜100μmであるのがより好ましく、0.5〜20μmであるのが更に好ましい。本実施形態のフィルム2は、図3に示すフィルムの製造装置10により製造される。
In the present embodiment, the thickness of the
この製造装置10は、チャンバ12を有し、そのチャンバ12の内部に、基板14を保持する基板保持台16が固定してある。基板保持台16の下部には、基板温調装置18が装着してある。基板温調装置18の内部には、たとえばペルチェ素子などの冷却素子が装着してあり、電源操作盤24および温度コントローラ22からの電力供給により、基板14の温度を制御するようになっている。
The
チャンバー12の内部であって、基板14の上方には、吹き出し口30aを有するノズル30がX軸方向に移動自在に配置してある。ノズル30は、連結具34を介して移動ユニット32に連結してあり、モータ35を回転駆動させて駆動軸38を軸回りに回転させることで、移動ユニット32が、駆動軸ノズル30と共に、X軸方向に移動するようになっている。
Inside the
モータ35は、たとえばステップもモータであり、その回転数などを制御することで、ノズル30のX軸方向の移動速度、停止位置などを制御することができる。また、ノズル30が連結具34を介して移動ユニットに連結してあり、連結具34を回動ヒンジなどで構成することで、X軸に対するノズル30の吹き出し口30aから吹き出される気体における主流の吹き出し方向30bの角度を変化させることができる。
The
たとえば図3に示す例では、吹き出し方向30bは、ほとんどX軸の方向と平行であるが、X軸に対して、+15度〜−15度の範囲で傾斜させても良い。また、ノズル30をX軸方向に移動させる途中において、その角度を変化させるようにしても良い。
For example, in the example shown in FIG. 3, the blowing
ノズル30の吹き出し口30aから吹き出される気体は、加湿されており、その相対湿度は、好ましくは60〜95%であり、チャンバ12の内部の相対湿度よりは、少し湿度が高いガスが吹き出される。吹き出し口30aから吹き出される気体は、一般には、空気であるが、場合によっては、その他のガスでも良い。加湿された空気は、ノズル30の上部に接続してあるダクト36を通してチャンバ12の外部から導入される。
The gas blown out from the
チャンバ12の内部は、温度センサ、湿度センサ、圧力センサなどにより、その内部の温度、湿度、圧力が検出され、一定な温度、湿度、圧力に制御される。チャンバ12の内部の温度は、たとえば15〜30°Cであり、その内部の相対湿度は、たとえば10〜95%である。チャンバ12の上部には、プレナムチャンバ12aが装着してあり、ダクト12bを通して導入された一定温度および湿度の空気を、チャンバ12内に向けて層流状態で均一に供給するようになっている。この例では、プレナムチャンバ12aは、チャンバ12との境界に格子状の金属板などが配置してある箱形状を有する。
The temperature, humidity and pressure inside the
図4および図5に示すように、この実施形態では、長方形状の基板14の外周に沿って、外周縁凸部15が形成してあり、基板14の上面に、後工程にてフィルム2となる溶液膜2aが形成される。重力以外の外力が作用しない状態では、溶液膜2aの表面は、X軸およびY軸に平行であり、鉛直方向のZ軸に垂直である。この実施形態では、Y軸は、基板14の長手方向と平行である。
As shown in FIGS. 4 and 5, in this embodiment, an outer peripheral
基板14は、たとえばガラス基板、金属基板、シリコン基板などの無機基板で構成されることが好ましいが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテルケトンなどの高分子からなる有機基板でもよい。
The
図4に示すように、ノズル30における吹き出し口30aの幅W1は、基板14の上面に形成される溶液膜2aの幅W2よりも大きいことが好ましく、さらに好ましくは基板14のY軸方向の幅よりも大きいことが好ましい。
As shown in FIG. 4, the width W1 of the
図5に示すように、ノズル30は、吹き出し口30aから吹き出されるガスの主流の吹き出し方向30bに対して反対方向のX軸に沿って移動する。その際には、ノズル30の吹き出し口30aの下端と、基板14の外周縁凸部15との隙間h1は、特に限定されないが、0より大きく、好ましくは50cm以内、さらに好ましくは30cm以内、特に好ましくは15cm以内である。この隙間h1が離れすぎると、吹き出し方向30bが溶液膜2aの表面に平行な場合には、吹き出し口30aからの気体が溶液膜2aの表面に当たりにくくなる。
As shown in FIG. 5, the
図5に示す状態でのX軸に沿ったノズル30の移動速度は、吹き出し口30aから吹き出される気体の速度などとの関係で決定され、好ましくは0.1cm/分〜100cm/分である。吹き出し口30aから吹き出される気体の速度は、特に限定されないが、好ましくは0.01m/秒〜5m/秒である。
The moving speed of the
次に、本発明の一実施形態に係るフィルムの製造方法について説明する。まず、図3に示すチャンバ12の内部の温度および湿度を一定に制御する。チャンバ12の内部の温度および湿度の範囲については、上述したとおりである。
Next, the manufacturing method of the film which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. First, the temperature and humidity inside the
次に、チャンバ12の内部において、図5に示すように、基板14の表面に、溶液膜2aを形成する。溶液膜2aは、ポリマー溶液を基板14の表面に塗布あるいは流し込むことにより形成される。その時には、図3に示す温調装置18による基板14の冷却は行わず、基板14の温度は、チャンバ12の内部温度と略同じである。溶液膜2aの当初膜厚t0は、2〜10mm、さらに好ましくは3〜7mm程度である。
Next, as shown in FIG. 5, a
溶液膜2aを形成するためのポリマー溶液には、非水溶性の有機溶媒が含まれる。
The polymer solution for forming the
有機溶媒としては、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素系溶媒;n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタンなどの飽和炭化水素系溶媒;シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒;ジエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒;二硫化炭素;などが挙げられる。これらの有機溶媒は1種単独で、あるいはこれらの2種以上からなる混合溶媒として使用することができる。 Examples of the organic solvent include halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform and methylene chloride; saturated hydrocarbon solvents such as n-pentane, n-hexane and n-heptane; alicyclic hydrocarbon solvents such as cyclopentane and cyclohexane Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; ketone solvents such as diethyl ketone and methyl isobutyl ketone; carbon disulfide; These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent composed of two or more of these.
有機溶媒に溶解する樹脂の濃度は、好ましくは0.01〜10重量%、より好ましくは0.05〜5重量%である。樹脂濃度が0.01重量%より低いと得られるフィルムの力学的強度が不足し望ましくない。また、樹脂濃度が10重量%以上では、所望の多孔構造(ハニカム構造)が得られなくなるおそれがある。 The concentration of the resin dissolved in the organic solvent is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.05 to 5% by weight. If the resin concentration is lower than 0.01% by weight, the resulting film has insufficient mechanical strength, which is not desirable. If the resin concentration is 10% by weight or more, a desired porous structure (honeycomb structure) may not be obtained.
溶液膜2aには、両親媒性物質を樹脂組成物中に添加することが好ましい。なかでも、水に対して溶解性が低く、有機溶解に可溶である、両親媒性樹脂(以下「Cap樹脂」という。)を添加することが好ましい。
It is preferable that an amphiphilic substance is added to the resin film in the
このような両親媒性物質を添加することで、水滴の融合が抑えられ安定化するので、孔径の均一性がさらに向上した多孔構造を有する部材を得ることができる。両親媒性物質を添加する量は、樹脂:両親媒性物質の重量比で99:1〜50:50であることが好ましい。 By adding such an amphiphilic substance, fusion of water droplets is suppressed and stabilized, and thus a member having a porous structure with further improved pore diameter uniformity can be obtained. The amount of the amphiphilic substance added is preferably 99: 1 to 50:50 by weight ratio of resin: amphiphile.
溶液膜2aを形成した後、図3に示す温調装置18により基板14を冷却する。基板14の冷却温度は、溶液膜2aの表面が、ノズル30の吹き出し口30aから吹き出される気体の露点以下となるように決定される。
After forming the
その直後に、あるいは同時に、ノズル30を、図5に示す基板14におけるX軸方向に沿って一方の外周縁凸部15の位置付近から、ノズル30の吹き出し口30aの吹き出し方向30bと反対方向のX軸に沿って他方の外周縁凸部15に向けて移動させる。同時に、吹き出し口30aからの加湿された気体の吹き出しも開始する。ノズルの移動速度は、前述したとおりである。
Immediately or simultaneously, the
図5に示すように、ノズル30の移動に連れて、吹き出し口30aから吹き出された加湿された気体は、溶液膜2aの表面に当たり、そこで露点以下に冷やされ、結露水の水滴4aが発生し、溶液膜2aの表面に徐々に形成される。ノズル30がX軸方向に沿って吹き出し方向30bと反対方向に移動することで、図4に示すように、溶液膜2aの表面において、結露水の水滴4aが形成されている領域が拡がる。その結果、結露水が生じている表面部分と、まだ結露水が形成されていない表面部分との境界が、ノズル30の移動に連れて徐々に移動し、水滴間や水滴のクラスター間に働く圧縮応力を逃がしやすい。
As shown in FIG. 5, as the
なお、図4において、結露水の水滴4aが形成されている領域が、山の形状に形成されるのは、吹き出し口30aから吹き出される気体の吹き出し速度が、吹き出し口30aにおいて、Y軸方向の中央部で高く、両端部で低くなるからと考えられる。
In FIG. 4, the region where the dew
図5の二点鎖線に示すように、ノズル30の吹き出し口30aが、基板14においてX軸方向の他方の端部に位置する外周縁凸部15まで移動した後には、ノズル30は、さらにX軸に沿って移動し続け、図3に示すように、ノズル30は、基板14からX軸方向に離れた位置で停止する。ただし、その後も、吹き出し口30aからは、加湿された気体を吹き出し続けることが好ましい。
As indicated by a two-dot chain line in FIG. 5, after the
図4に示す溶液膜2aの全面に結露水による水滴4aの膜が1層形成された段階では、ノズル30は、基板14からX軸方向に離れた位置にあり、図3に示す温調装置18により、基板の温度を、露点付近の温度に上昇させる。チャンバ12の内部温度は、一定温度と湿度に保持される。
At the stage where one layer of the
その状態では、溶液膜2aに含まれる溶媒が蒸発し、しかも、水滴4aは、ほとんど蒸発しない。そのため、溶液膜2aの厚みt0が減少し、水滴4aは、溶液膜2aの内部に取り込まれる。
In this state, the solvent contained in the
溶液膜2aの厚みt0が水滴4aの外径と同程度になった段階で、図3に示す温調装置18により、基板14の温度を上げて、水滴4aを蒸発させる。その結果、図5に示す水滴4aに相当する部分が図1(A)または図1(B)に示す空孔4となり、基板の温度を上げるタイミングなどを調節することにより、図1(A)または図1(B)に示すようなハニカム構造のフィルム2を製造することが可能になる。なお、図6は、基板14の温度制御の一例を示すグラフであり、結露による水滴4aが溶液膜2aの表面に形成された後には、基板の温度は、段階的に上げることが好ましい。また、以上の一連の動作は、チャンバ12の内部で行われることが好ましい。
At the stage where the thickness t0 of the
基板14の表面に、たとえば図1(A)または図1(B)に示すようなハニカム構造のフィルム2を製造した後、このフィルム2は、基板14と共に、チャンバ12から取り出される。その後に、基板14からフィルム2が取り除かれる。なお、チャンバ12の内部で、基板14からフィルム2を取り除いても良い。
For example, after manufacturing a
フィルム2は、その後に、延伸されても良い。あるいは、その他のフィルムと積層されても良い。また、基板14が樹脂基板である場合には、フィルム2の製造過程において、基板14と一体化して積層することも可能である。
The
本実施形態に係るフィルムの製造方法および製造装置では、基板14を移動させることなく、ノズル30を移動させるために、基板14の上に形成される溶液膜2aの平行度を保ちやすい。また、気体を吹き出すノズル30を、気体の吹き付け方向30bと反対方向で溶液膜2aの表面に平行なX軸方向に移動させるために、溶液膜2aの表面では、ノズル30が遠ざかるにつれて、気体の吹き付け速度が減少する。そのため、既に結露水が形成された溶液膜2aの表面では、新たな結露水が生じることはなくなり、結露水が二層以上に形成されるなどの不都合を防止することができる。
In the film manufacturing method and manufacturing apparatus according to this embodiment, the parallelism of the
さらに、溶液膜2aの表面において、結露水が生じている表面部分と、まだ結露水が形成されていない表面部分との境界が、ノズルの移動に連れて徐々に移動し、水滴間や水滴のクラスター間に働く圧縮応力を逃がしやすい。
Further, on the surface of the
これらの結果として、本実施形態に係るフィルムの製造方法および製造装置では、均一な孔径を有する空孔4が形成された周期的なハニカム構造のフィルム2を効率的に製造することができる。また、ノズル30から吹き出されるガスの吹き出し速度、ノズルの移動速度、ノズルの吹き出し口の角度などを制御することで、ハニカム構造における空孔4の大きさや周期パターンなどを変化させることも可能である。
As a result, in the film manufacturing method and manufacturing apparatus according to the present embodiment, it is possible to efficiently manufacture the
さらに、本実施形態に係るフィルム2の製造方法および製造装置では、フィルム2の製造後に、ロール状にフィルムを巻き付ける工程がないため、ハニカム構造が潰れるなどの不都合もない。
Furthermore, in the manufacturing method and manufacturing apparatus of the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention.
たとえば、本発明では、基板14の温度を調節する温調装置18としては、上述した実施形態に限定されない。また、ノズル30を移動させるための機構としては、図示する実施形態に限定されない。
For example, in the present invention, the temperature adjustment device 18 that adjusts the temperature of the
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例1
Hereinafter, although this invention is demonstrated based on a more detailed Example, this invention is not limited to these Examples.
Example 1
本実施例のフィルム2を以下のようにして作製した。すなわち、1,2-ポリブタジエン(商品名 RB820 JSR社製)と、Cap樹脂(重量平均分子量:62,000、数平均分子量:21,000)とを重量比20:1の割合で混合した後にクロロホルムに溶解し、濃度5.0mg/mLの樹脂溶液(1)を調製した。
The
調製した樹脂溶液(1)を図5に示す基板14の上にキャストし、次いで、チャンバ12の内部を23℃、相対湿度60%の雰囲気下で、相対湿度80%の高湿度空気を、ノズル30の吹き出し口30aから吹き出した。また同時に、ノズル30を、図5に示すように、吹き出し方向30bと反対方向に移動させた。
The prepared resin solution (1) was cast on the
ノズル30の吹き出し口から吹き出される加湿空気の速度とノズル30の移動速度とを制御し、フィルム試料を製造した。周期性の高いハニカム構造のフィルムが得られたことが確認された。
A film sample was manufactured by controlling the speed of the humidified air blown from the outlet of the
2… フィルム
2a… 溶液膜
4… 空孔
4a… 水滴
10… フィルムの製造装置
12… チャンバ
14… 基板
16… 基板保持台
18… 基板温調装置
30… ノズル
30a… 吹き出し口
30b… 吹き出し方向
35… モータ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
加湿された気体を、ノズルから前記溶液膜の表面に、当該表面に対して平行な前記気体の流れが存在するように吹き付け、前記気体の吹き付け方向と反対方向で前記溶液膜の表面に平行な方向に前記ノズルを移動させ、前記溶液膜の表面に、結露による水滴を形成する工程と、
前記溶液膜に含まれる溶媒を蒸発させる工程と、
前記溶液膜に含まれる水滴を蒸発させる工程とを、有し、
前記水滴に対応する空孔をフィルムの内部または表面に形成することを特徴とするフィルムの製造方法。 Forming a solution film of a predetermined thickness comprising a polymer solution on a substrate;
The humidified gas is sprayed from the nozzle onto the surface of the solution film so that the gas flow parallel to the surface exists, and is parallel to the surface of the solution film in a direction opposite to the gas blowing direction. Moving the nozzle in a direction to form water droplets due to condensation on the surface of the solution film;
Evaporating the solvent contained in the solution film;
Evaporating water droplets contained in the solution film,
A method for producing a film, wherein holes corresponding to the water droplets are formed in or on the surface of the film.
前記基板保持台の周囲雰囲気を一定の温度および湿度に保つことが可能なチャンバと、
加湿された気体を、前記溶液膜の表面に、当該表面に対して平行な前記気体の流れが存在するように吹き付けるノズルと、
前記気体の吹き付け方向と反対方向で前記溶液膜の表面に平行な方向に前記ノズルを移動させることが可能なノズル移動手段と、
前記基板の温度を制御する基板温度制御手段とを有するフィルムの製造装置。 A substrate holder for holding a substrate on which a solution film of a predetermined thickness is formed;
A chamber capable of maintaining the ambient atmosphere of the substrate holder at a constant temperature and humidity;
A nozzle that blows the humidified gas on the surface of the solution film so that there is a flow of the gas parallel to the surface;
Nozzle moving means capable of moving the nozzle in a direction parallel to the surface of the solution film in a direction opposite to the gas blowing direction;
A film manufacturing apparatus comprising substrate temperature control means for controlling the temperature of the substrate.
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