JP2018521882A - 低温変形可能な熱可塑性デバイス - Google Patents

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Abstract

本発明は、第一の熱可塑性材料（４０）を含む変形可能なデバイス（１０）であって、前記第一の材料は、第一の閾値（Ｔ1）より低い温度において実質的に剛直であり、かつ、前記第一の閾値（Ｔ1）より高い温度において可鍛性であり、前記第一の閾値（Ｔ1）は、好ましくは４０℃〜９０℃であり、前記デバイスは、少なくとも１種の第二の可撓性材料（４２）で製造された外部シェル（１６）を含み、前記外部シェルは内部くぼみ（１８）を画定し、前記第一の材料（４０）は前記内部くぼみを満たしており、前記少なくとも１種の第二の可撓性材料（４２）は、前記第一の閾値（Ｔ1）より１０℃、好ましくは２０℃高い、少なくとも第二の温度閾値（Ｔ2）まで固体状態である前記外部シェルを形成している、変形可能なデバイス（１０）に関する。

Description

本発明は、第一の閾値より低い温度において実質的に剛直であり、前記第一の閾値より高い温度にて可鍛性である第一の熱可塑性材料を含む変形可能なデバイスに関する。
低融点又は低ガラス転移温度を有する熱可塑性材料は、加熱された際に容易に軟化して特定の形態に成形され、次いで冷却後にこの特定の形態を維持することができる。係る熱可塑性材料は、中国特許第１０１７４７５９８号により特に知られている。
しかし、その融点より高い温度において、係る熱可塑性材料は、概してその取扱いを困難にする粘性の機械的挙動をとる。そのため、係る材料の使用の分野は制限される。
本発明は、この課題を解決することを目的とする。そのために、本発明は、少なくとも第二の可撓性材料で形成された外部シェルを含み、この外部シェルが内部ケーシングを画定し、第一の材料が内部ケーシングを満たしている、前述の種類の変形可能なデバイスに関する。外部シェルを形成する少なくとも１種の第二の可撓性材料は、第一の閾値より１０℃、好ましくは２０℃高い、少なくとも第二の温度閾値まで固体状態である。
本発明の他の有利な側面によれば、変形可能なデバイスは、以下の特徴の１つ又はそれより多くを、単独又は任意の技術的に可能な組み合わせで含む：
‐第一の閾値は４０℃〜９０℃である；
‐第一の熱可塑性材料は、熱可塑性ポリマー、好ましくはポリカプロラクトン、ポリ乳酸、及びポリカーボネートの中から選択される熱可塑性ポリマーで構成される。
‐第一の熱可塑性材料は、電気的及び／又は熱的伝導剤で構成され、前記伝導剤は好ましくは炭素粒子で構成される；
‐第一の熱可塑性材料は、ポリカプロラクトン及びカーボンブラックで構成され、ポリカプロラクトン及びカーボンブラックの全質量パーセントは好ましくは９５％以上であり、カーボンブラックの質量パーセントは好ましくは１０％〜２３％、より好ましくは１５％〜２０％である；
‐少なくとも１種の第二の可撓性材料はエラストマー、好ましくはシリコーンである；
‐インナーケーシングは、第一の熱可塑性材料で満たされ、第二の可撓性材料の第二及び第三の層間に配された第一の層の形状を有する；
‐第一の層は、第二の可撓性材料で製造された幾つかの接続部により横切られ、前記接続部は第二及び第三の層を結合し、前記接続部は好ましくは第一の層の表面上に均一に分布する；
‐デバイスは、第一の熱可塑性材料に接触した電気器具をさらに含み、前記器具はジュール効果により第一の熱可塑性材料に熱を移動させることができる。
また、本発明は、以下の：第一の熱可塑性材料で第一の層を製造する工程；次いで第二の可撓性材料で第二の層を製造する工程；次いで第二の層上に第一の層を配置する工程；次いで液体状態の第二の可撓性材料を第一及び第二の層にキャスティングして第三の層を形成する工程、並びに次いで前記第二の材料を固化させる工程を含む、前述の種類のデバイスの製造方法を含む。
また、本発明は、以下の：第一の熱可塑性材料を加熱して、それを第一の閾値及び第二の閾値間の温度に上昇させる工程；次いでデバイスを特定の形態に成形する工程；次いで第一の熱可塑性材料を第一の閾値未満の温度に冷却する工程を含む、前述の種類のデバイスの使用方法を含む。
好ましくは、デバイスは上記の電気器具を含み、第一の熱可塑性材料を加熱することは、この電気器具により実施される。
本発明は、単に例として、図面を参照して与えられる以下の記載により、より良好に理解されるであろう。
図１は、本発明の１つの構成による第一の構成におけるデバイスの上からの概略図である。 図２は、第一の構成における図１のデバイスの断面における部分図である。 図３は、第二の構成における図１のデバイスの断面における部分図である。
図１〜３は、本発明の１つの構成によるデバイス１０を示す。以下の記載において、著者らはＺ方向が鉛直方向である正規直交基底（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を検討する。
図１及び２の第一の構成におけるデバイス１０は、面（Ｘ，Ｙ）に沿って実質的に平坦である。デバイス１０は、例えばそれぞれＸ及びＹ方向に対して平行な端部１２、１４を有する矩形外形を有する。
デバイス１０は、内部ケーシング１８を画定する外部シェル１６を含む。内部ケーシング１８は好ましくは閉じている。
図１〜３において示された構成において、内部ケーシング１８は、外部シェル１６の第二の層２２及び第三の層２４間に配された第一の層２０を形成する。
図１及び２の第一の構成において、層２０，２２，２４は平坦であり、実質的に（Ｘ，Ｙ）に沿って配置され、Ｚに沿って積層される。例えば、図２に示されるように、第一の層２０のＺに沿った厚さ２６は１ｍｍ〜５ｍｍであり；第二の層２２及び第三の層２４の厚さ２８は実質的に同じであり、０．５ｍｍ〜５ｍｍである。
好ましくは、Ｘ及びＹに沿った第一の層２０の寸法は、第二の層２２及び第三の層２４の寸法より小さい。したがって、端部１２，１４付近で、第二の層２２及び第三の層２４は互いに連続的に接触して内部ケーシング１８を閉じる。
好ましくは外部シェル１２は、Ｚに沿って第一の層２０を横断し、第二の層２２及び第三の層２４を結合する幾つかの接続部３０を含む。
内部ケーシング１８は、したがって接続部３０間に配置されたメッシュの形状を有する。例えば、接続部３０から離れた図３の断面ＡＡによれば、第一の層２０はＸにしたがって連続である。しかし、図２の断面ＢＢによれば、３０接続部を介して、第一の層２０はＸに沿って不連続である。
好ましくは、接続部３０は実質的に同じであり、及び／又は第一の層２０の表面上に均一に分布する。例えば、図１に示されるように、接続部３０は面（Ｘ，Ｙ）において円形断面を有し、これらの円の中心は、正三角形の頂部に配置される。
代わりに、接続部３０は例えば楕円形又は多角形断面を有する。
内部ケーシング１８は、第一の層２０を形成する第一の熱可塑性材料４０により満たされている。第一の材料４０は、第一の閾値Ｔ1より低い温度にて実質的に剛直である。第一の閾値Ｔ1を超えると、第一の材料４０は可鍛性であるか、液体である。第一の閾値Ｔ1は、第一の材料４０のガラス転移温度及び／又は任意の溶融温度以下である。
好ましくは、第一の閾値Ｔ1は４０℃〜９０℃である。
外部シェル１２は、少なくとも第二の材料４２で形成される。以下の記載において、外部シェル１２が１種の材料４２で形成され、特に第二の層２２及び第三の層２４が同じ材料４２で形成されることが想定される。しかし、代わりの構成によれば、第二の層２２及び第三の層２４は２種の異なる材料から形成され、その材料の各々は、以下に記載の物理的特性を有する。
室温、例えば１０℃〜３０℃において、第二の材料４２は可撓性固体、好ましくは弾性体である。第二の材料４２は、第一の閾値Ｔ1より１０℃、好ましくは２０℃高い、少なくとも第二の温度閾値Ｔ2まで固体状態のままである。言い換えると、Ｔ1〜Ｔ2の温度において、外部シェル１２は可撓性固体材料で製造され、内部ケーシング１４内に可鍛性又は液体材料４０を含有する。
好ましくは、第二の可撓性材料４２は、使用者への電気ショックを防止するように電気絶縁性である。
図１〜３において示される第一の代わりの構成によれば、第二の可撓性材料４２はエラストマー、特に単一片としての単一のモノリシック形態のエラストマーである。エラストマーは、特にシリコーンである。
図示されていない第二の構成によれば、第二の可撓性材料４２は発泡体、例えばポリウレタン発泡体である。発泡体の利点は、それが、デバイスに軽量化を付与するのと同時に電気絶縁性とし、エラストマーにより生じる変形よりも潜在的に一貫性のある変形を可能とすることである。
図示されていない第三の代わりの構成によれば、第二の可撓性材料４２は例えば綿及び／又はポリエステルの繊維を含む織布材料である。
ティッシュ及びファブリックは、発泡体のものと同様の利点を有し、さらに、極端に低い稠密度という特徴を有する。外部シェルティッシュ１２の製造は、縫製のようなテキスタイル産業の通常の方法により達成することができる。
ティッシュのメッシュ及び発泡体の泡は、可鍛性又は液体状態の第一の材料４０の流出を回避するように選択されたサイズ及び分布を有する。
好ましくは、第一の熱可塑性材料４０の主成分は、熱可塑性ポリマーである。前記ポリマーは、好ましくはポリカプロラクトン及びポリ乳酸の中から選択される。より好ましくは、熱可塑性ポリマーは、２００００ｇ.ｍоｌ-1〜１５００００ｇ.ｍоｌ-1の平均分子量のポリカプロラクトンである。例えば、ポリカプロラクトンの融点は約６０℃である。
代わりに、第一の熱可塑性材料４０の主成分は、溶融温度が約１４０℃であるポリカーボネートである。この場合において、第一の閾値Ｔ1は９０℃より高い。したがって、外部シェル１２は、好ましくは第一の熱可塑性材料４０が可鍛性状態である場合さえ、その取扱いを可能にする表面温度を維持するのに十分な厚さを有する。
好ましくは、第一の熱可塑性材料４０は電気的及び／又は熱的伝導剤を含む。より好ましくは、前記伝導剤はカーボンブラック、グラファイト粉末又はカーボンナノチューブ等の炭素粒子を含むか、これで製造される。代わりに、前記伝導剤は、銅粉末等の金属粒子を含むか、これで製造される。
１つの構成によれば、第一の熱可塑性材料４０は、フィルター又はＵＶ若しくは酸化保護剤等の添加剤も含む。
好ましくは、第一の熱可塑性材料４０はポリカプロラクトン及びカーボンブラックを含み、ポリカプロラクトン及びカーボンブラックの全質量パーセントは、第一の熱可塑性材料４０の全質量に対して９５％以上である。より好ましくは、カーボンブラックの質量パーセントは、第一の熱可塑性材料４０の全質量に基づいて１０％〜２３％、いっそう好ましくは１５％〜２０％である。
図１に示される好ましい構成によれば、デバイス１０は、ジュール効果により第一の熱可塑性材料４０に熱を移動させることができる電気デバイス５０を含む。電気デバイス５０は、例えば制御ユニット５２と、前記制御ユニット５２に接続された２つの電極５４、５６とを含む。この構成によれば、第一の熱可塑性材料４０は電気伝導性であるように選択され、その抵抗率は、それを通過する電気エネルギーの所望の量を熱に変換するように適合される。
好ましくは、各電極５４、５６は、第一の材料４０と接触して第一の層２０に挿入されているワイヤ５８、６０を含む。各ワイヤ５８、６０は、電気伝導性材料、好ましくは金属製材料で形成される。
好ましくは、ワイヤ５８、６０は２つの実質的に平行な経路に沿って第一の層２０内に延在する。図１の例において、ワイヤ５８、６０はデバイス１０の２つの端部１２間で実質的にＹ方向に沿って延在する。より好ましくは、２つのワイヤ５８、６０間のＸ方向に沿った距離６２は、第一の材料４０の均一な抵抗性及び熱拡散を与えるように、その長さ全体に亘って実質的に一定である。
ワイヤ５８、６０は、熱がデバイス１０の広範な領域に亘って分布するように、有利には、Ｙに対して平行な端部１４に可能な限り近いように配置される。
好ましくは、ワイヤ５８、６０は、その主方向にしたがってデバイス１０を伸張させるように、第一の層２０内に波状経路を有する。図１の例において、ワイヤ５８、６０は第二の材料４２の接続部３０に巻き付く。好ましくは、ワイヤ５８、６０はそれを通過する代わりに接続部３０を迂回する。
好ましくは、各ワイヤ５８、６０の第一の端部は制御ユニット５２に接続され、第二の端部は第一の層２０内に埋め込まれる。
好ましくは、内部ケーシング１８の２つのワイヤ５８、６０間の断面積は実質的に一定である。特に、第一の層２０の２つのワイヤ５８、６０間のＸ方向における断面積は実質的に一定である。したがって、ジュール効果による熱拡散は、ワイヤ５８、６０間の第一の層２０の任意の点において実質的に均一である。
好ましくは、制御ユニット５２は、バッテリー等の電源６２を含む。代わりに、制御ユニット５２は、ワイヤ５８、６０を外部電源に接続する手段を含む。
好ましくは、制御ユニット５２は、電源の電極５４、５６への寄与を制御する電子デバイス６４も含む。前記電子デバイス６４は、特に電子カードを含む。例えば、電子デバイス６４は、分散されるエネルギーの量又はエネルギー輸送の継続時間を調節することができる。
代わりに、電子デバイス６４は、第一の層２０と接触した温度プローブ（図示せず）に接続される。例えば、電子デバイス６４は、前記プローブにより測定された第一の材料４０の温度が第三の閾値Ｔ3を超える場合、電気エネルギーの輸送を停止することができる。第三の閾値Ｔ3は、例えば第一の閾値Ｔ1と第二の閾値Ｔ2との間である。
デバイス１０の製造プロセスが記載される。第一の層２０は、第一の熱可塑性材料４０で製造される。例えば、Ｔ1以上の温度に加熱された第一の材料４０は、特に押し出し、圧縮、又は蒸気ローラーを用いたカレンダー処理により板として成形される。形成された板は、次いで接続部３０の位置に対応する開口部で穴を開けられる。代わりに、板を、接続部３０の位置に対応するアパーチャーと共に、例えばモールディングにより直接的に形成することができる。
ワイヤ５８、６０は、次いで第一の材料４０の板上に配置される。好ましくは、ワイヤは、板内でわずかにくぼんでおり材料４０は軟化状態である。代わりに、ワイヤを板の形成と同時に組み入れることができる。
一方で、第二の材料４２、例えば液体状態のエラストマーを型に注ぎ入れて第二の層２２を形成する。前記第二の層の部分的な硬化の後、第一の層２０をその上に置く。
液体状態の第二の材料４２の幾らかを、次いで第一の層２０及び第二の層２２上で型に注ぎ入れて第三の層を形成する。第二の材料４２は、次いで第一の層２０の開口部を充填し、接続部３０を形成する。第二の材料４２の端部１２、１４及び接続部３０における架橋は、第二の層２２及び第三の層２４を共に固定する。
代わりに、第一の層２０は型内の適切な位置に維持され、第二の層２２及び第三の層２４は、前記型に第二の可撓性材料４２を注入（ｐｏｕｒｉｎｇ）又は注入（ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ）することにより一度に形成される。
変形の構成によれば、第二の層２２及び第三の層２４は、重合中に互いに機械的に溶着することができる２種の異なる材料から形成され、前記材料の各々は、上記の物理的特性を有する。２種の異なる材料は、例えば２種の異なる種類のシリコーンである。
ワイヤは、次いで制御ユニット５２に接続されて電極５４、５６を形成する。上記のデバイス１０が、したがって得られる。
デバイス１０の使用プロセスが記載される。初期状態において、デバイス１０は、例えば図１及び２に示された第一の構成である。第一の材料４０は剛直状態である。環境温度は、例えば１０℃〜３０℃である。
第一の層２０は、次いで第一の材料４０を第一の閾値Ｔ1〜第二の閾値Ｔ2の温度にするように加熱される。図１に示されるデバイス１０の場合において、制御ユニット５２は、例えば電極５４、５６を介して電気エネルギーを第一の材料４０に移動させる。代わりに、デバイス１０は、別の手段、例えば熱水に浸漬することにより加熱される。
加熱操作下において、第一の材料４０は、形状を変化させることができる粘性流体状態に移行する。デバイス１０を次いで変形させて、外部ケーシング１６を屈曲させ、及び／又は伸長させる。デバイス１０は、例えば図３に示される第二の屈曲した構成に配置される。
デバイス１０は、第一の材料４０の冷却フェーズ中に第二の構成において維持される。前記材料の温度が第一の閾値Ｔ1未満となる際、第一の材料４０はその剛直性を取り戻し、第二の構成において採用された形状を保持する。外部シェル１６は、次いで第一の材料４０により第二の構成において維持される。
デバイス１０の１つの可能な適用は、特に輸送の手段、又は救急医療用スプリント、又は子ども用玩具、又は衣服、又はマッサージアクセサリにおける個別のシート要素の構成要素としての使用である。
以下の例は、制限されない本発明を示す。
例１：第一の熱可塑性材料４０の調製
第一の材料４０は、溶融温度Ｔm＝６０℃、かつ平均分子量５００００ｇ.ｍоｌ-1の（表記「ＣＡＰＡ６５００」でＰｅｒｓｔｏｒｐから市販で入手可能な）ポリカプロラクトンから製造される。ポリカプロラクトンを、８０℃に加熱されたモルタル内ですりつぶすことにより、粉末化されたカーボンブラック（表記「Ｂｌａｃｋ Ｐｅａｒｌ２０００」でＣａｂｏｔｃｏｒｐから入手可能）と混合する。これ以降ＰＣＬ‐ＢＰと呼ばれる第一の材料４０は、したがって均一なペーストの形態で得られる。
以下の表１は、カーボンブラックの質量パーセントの関数においてＰＣＬ‐ＢＰの電気抵抗率を示す。
Figure 2018521882
混合物中のカーボンブラックが２３％を超えると、得られる材料は脆弱である。
例２：デバイス１０の製造
２０質量％のカーボンブラックを含む板ＰＣＬ‐ＢＰは、ローラーを用いて製造される。図１を参照して、板は１．５ｍｍ〜３ｍｍの厚さ２６を有し、それぞれ２７ｃｍ及び２３ｃｍのＸ方向及びＹ方向に沿った寸法を有する。
したがって製造された板は、次いで５ｍｍの直径３２の円形穴で穴を開けられる（図１）。円の中心は、７ｍｍの辺３４の正三角形の頂部に配置され（図１）、三角形の辺の１つはＸ方向に対して平行である。
銅５８、６０のワイヤは、次いで実質的にＹ方向に沿って配置された平行な経路にしたがって板ＰＣＬ‐ＢＰに埋め込まれる。
（表記「Ｄｒａｇｏｎ Ｓｋｉｎ１０ｆａｓｔ」でＣｒｅａｔｉｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎｅから市販で入手可能な）シリコーンの第一の層を、それぞれ３０ｃｍ及び２６ｃｍのＸ方向及びＹ方向に沿った寸法の矩形型に注ぎ入れる。図１を参照して、板は１．５ｍｍ〜３ｍｍの厚さ２８を有する。
シリコーンの第一の層の部分的な硬化の後に、穴を開けられた板ＰＣＬ‐ＢＰを前記層上に置く。シリコーンの第二の層を次いで板ＰＣＬ‐ＢＰの上に注ぐ。シリコーンの完全な硬化の後に、２つの層は結合されて、デバイス１０の外部ケーシング１６を形成する。
銅ワイヤ５８、６０の１つの端部は、次いで制御ユニット５２に接続されて、電極５４、５６を形成する。

Claims (13)

  1. 第一の熱可塑性材料（４０）を含む変形可能なデバイス（１０）であって、前記第一の材料は、第一の閾値（Ｔ1）より低い温度において実質的に剛直であり、かつ、前記第一の閾値（Ｔ1）より高い温度において可鍛性であり、前記第一の閾値（Ｔ1）は、好ましくは４０℃〜９０℃であり、前記デバイスは、少なくとも１種の第二の可撓性材料（４２）で製造された外部シェル（１６）を含み、前記外部シェルは内部くぼみ（１８）を画定し、前記第一の材料（４０）は前記内部くぼみを満たしており、前記少なくとも１種の第二の可撓性材料（４２）は、前記第一の閾値（Ｔ1）より１０℃、好ましくは２０℃高い、少なくとも第二の温度閾値（Ｔ2）まで固体状態である前記外部シェルを形成している、変形可能なデバイス（１０）。
  2. 前記第一の熱可塑性材料（４０）が、熱可塑性ポリマー、好ましくはポリカプロラクトン、ポリ乳酸、及びポリカーボネートの中から選択される熱可塑性ポリマーを含む、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記第一の熱可塑性材料が、電気的及び／又は熱的伝導剤を含み、前記伝導剤が、好ましくは炭素粒子で形成されている、請求項１又は２に記載のデバイス。
  4. 前記第一の熱可塑性材料が、ポリカプロラクトン及びカーボンブラックを含み、ポリカプロラクトン及びカーボンブラックの全質量パーセントが好ましくは９５％以上であり、カーボンブラックの質量パーセントが、好ましくは１０％〜２３％、より好ましくは１５％〜２０％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
  5. 前記少なくとも１種の第二の可撓性材料（４２）が、エラストマー、好ましくはシリコーンである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
  6. 前記少なくとも１種の第二の可撓性材料（４２）が、発泡体、好ましくはポリウレタン発泡体である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
  7. 前記少なくとも１種の第二の可撓性材料（４２）が、織布材料、好ましくは綿及び／又はポリエステルの繊維を含む織布材料である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
  8. 前記内部ケーシング（１８）が、前記第一の熱可塑性材料（４０）で満たされており、かつ、第二（２２）及び第三（２４）の第二の可撓性材料の層（４２）間に配された第一の層（２０）の形状を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
  9. 前記第一の層が、前記第二の可撓性材料で製造された幾つかの接続部により横切られ、前記接続部が前記第二及び第三の層を結合し、前記接続部が、好ましくは前記第一の層の表面の上に均一に分布している、請求項８に記載のデバイス。
  10. 前記第一の熱可塑性材料と接触した電気器具（５０）をさらに含み、前記器具が、ジュール効果により前記第一の熱可塑性材料に熱を移動させることができる（５２，５４，５６）、請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイス。
  11. 以下の：
    ‐前記第一の熱可塑性材料で第一の層（２０）を製造する工程；
    ‐前記第二の可撓性材料で第二の層（２２）を製造する工程；次いで
    ‐前記第二の層上に前記第一の層を配置する工程；次いで
    ‐液体状態の前記第二の可撓性材料を前記第一及び第二の層上にキャスティングして前記第三の層（２４）を形成する工程、並びに前記第二の材料を固化させる工程
    を含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のデバイス（１０）の製造方法。
  12. 以下の：
    ‐前記第一の熱可塑性材料（４０）を前記第一の閾値（Ｔ1）〜前記第二の閾値（Ｔ2）の温度に加熱する工程；次いで
    ‐前記デバイスをある形態に成形する工程；次いで
    ‐前記第一の熱可塑性材料（４０）を前記第一の閾値（Ｔ1）より低い温度に冷却する工程
    を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイス（１０）の使用方法。
  13. 前記第一の熱可塑性材料を加熱する工程が、前記電気器具（５０）により実施される、請求項１０との組み合わせにおける請求項１２に記載の使用方法。
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