JP2020001290A - Structure and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a structure and a method of manufacturing the structure.
特許文献１には、弾性を有する樹脂材で形成された外層部と、荷重印加時に変形しかつ該荷重が印加されなくなったときに形状を保持する材料からなる内層部を備えたことを特徴とするクッション材が開示されている。特許文献１のクッション材は、上記構成を有するので、形状を保ちつつ柔軟性も確保できるという効果を有する。 Patent Document 1 is characterized in that an outer layer portion made of a resin material having elasticity and an inner layer portion made of a material that deforms when a load is applied and retains a shape when the load is not applied are provided. A cushioning material is disclosed. Since the cushioning material of Patent Document 1 has the above configuration, it has an effect that flexibility can be ensured while maintaining the shape.
ところで、クッション材の用途によっては、利用者ごとに最適形状を設定し、使用中にはその最適形状がくずれないことが好ましい場合がある。特許文献１のクッション材の内層部は、荷重印加時に変形してしまうので、このような用途には用いることができない。 By the way, depending on the use of the cushioning material, there is a case where it is preferable that the optimum shape is set for each user and the optimum shape is not lost during use. The inner layer portion of the cushioning material of Patent Literature 1 is deformed when a load is applied, and cannot be used for such an application.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、利用者ごとに設定された形状に容易に変形させることができ、かつその形状が使用時には維持され、しかも、使用感が優れた構造体を提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can be easily deformed into a shape set for each user, and the shape is maintained at the time of use, and further, a structure excellent in usability is provided. It provides the body.
本発明によれば、基材層と、前記基材層の少なくとも一部を被覆する被覆層を備える構造体であって、前記基材層は、形状記憶ポリマーを含む形状記憶材料で形成され、前記被覆層は、軟性材料で形成される、構造体が提供される。 According to the present invention, a structure including a base layer and a coating layer covering at least a part of the base layer, wherein the base layer is formed of a shape memory material including a shape memory polymer, A structure is provided, wherein the coating layer is formed of a flexible material.
本発明の構成では、基材層が形状記憶ポリマーを含む形状記憶材料で形成され、被覆層が軟性材料で形成される。形状記憶ポリマーは、ガラス転移温度の近傍で弾性率が大きく変化する性質を有するので、構造体の形状を変形させたいときは、基材層をガラス転移温度よりも高い温度にまで昇温し、形状を変形させた後は基材層をガラス転移温度よりも低い温度にまで降温させることによって、構造体の形状を利用者ごとに設定された形状に容易に変形させることができ、かつその形状が使用時には維持されるようにすることができる。一方、このような基材層が利用者に直接接触すると使用感が悪い場合があるが、本発明の構造体の被覆層が軟性材料で形成されているので、利用者に接触する部位に被覆層を設けることによって、使用感を向上させることができる。 In the configuration of the present invention, the base layer is formed of a shape memory material including a shape memory polymer, and the covering layer is formed of a soft material. Since the shape memory polymer has the property that the elastic modulus changes greatly near the glass transition temperature, when the shape of the structure is to be deformed, the base layer is heated to a temperature higher than the glass transition temperature, By lowering the temperature of the base material layer to a temperature lower than the glass transition temperature after deforming the shape, the shape of the structure can be easily deformed to the shape set for each user, and the shape Can be maintained during use. On the other hand, if such a base material layer comes into direct contact with the user, the feeling of use may be poor. However, since the coating layer of the structure of the present invention is formed of a soft material, it is possible to cover the portion in contact with the user. By providing the layer, the usability can be improved.
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified. The embodiments described below can be combined with each other.
好ましくは、前記記載の構造体であって、前記形状記憶ポリマーは、ガラス転移温度Ｔｇが３５〜１００℃である、構造体である。
好ましくは、前記記載の構造体であって、前記形状記憶ポリマーは、（Ｔｇ−２０℃）での弾性率／（Ｔｇ＋２０℃）での弾性率の値が１０以上である、構造体である。
好ましくは、前記記載の構造体であって、前記基材層及び前記被覆層は、線状樹脂が二次元走査されて構成された線状構造体が積層されて構成されている、構造体である。
好ましくは、前記記載の構造体であって、前記線状構造体は、平行に延びる複数の溝を備える、構造体である。
好ましくは、前記記載の構造体であって、積層方向に隣接する２つの線状構造体の一方の溝が、他方の溝と交差する、構造体である。
好ましくは、基材層形成工程と、被覆層形成工程を備える、構造体の製造方法であって、前記基材層形成工程では、形状記憶ポリマーを含む形状記憶材料からなる第１線状樹脂を二次元走査して形成する第１線状構造体を積層して基材層を形成し、前記被覆層形成工程では、軟性材料からなる第２線状樹脂を二次元走査して形成する第２線状構造体を積層して被覆層を形成し、前記被覆層は、前記基材層の少なくとも一部を被覆する、方法である。
好ましくは、前記記載の方法であって、前記被覆層形成工程は、前記基材層形成工程の後に行われ、前記基材層を下地として前記被覆層が形成される、方法である。
好ましくは、前記記載の方法であって、前記被覆層形成工程は、前記基材層形成工程の前に行われ、前記被覆層を下地として前記基材層が形成され、前記基材層の最下層を形成する際の第１線状樹脂の温度は、前記基材層の残りの層を形成する際の第１線状樹脂の平均温度よりも高い、方法である。
Preferably, in the structure described above, the shape memory polymer has a glass transition temperature Tg of 35 to 100 ° C.
Preferably, in the structure described above, the shape memory polymer has a value of elastic modulus at (Tg−20 ° C.) / Elastic modulus at (Tg + 20 ° C.) of 10 or more.
Preferably, in the structure described above, the base layer and the coating layer are formed by stacking linear structures formed by two-dimensionally scanning a linear resin. is there.
Preferably, in the structure described above, the linear structure is a structure including a plurality of grooves extending in parallel.
Preferably, in the structure described above, one groove of two linear structures adjacent to each other in the stacking direction intersects the other groove.
Preferably, a method for manufacturing a structure, comprising a base layer forming step and a covering layer forming step, wherein in the base layer forming step, a first linear resin made of a shape memory material including a shape memory polymer is used. A first linear structure formed by two-dimensional scanning is laminated to form a base layer, and in the coating layer forming step, a second linear resin made of a soft material is formed by two-dimensional scanning. A method in which a linear structure is laminated to form a coating layer, and the coating layer covers at least a part of the base material layer.
Preferably, in the above method, the step of forming the coating layer is performed after the step of forming the base layer, and the coating layer is formed using the base layer as a base.
Preferably, in the method described above, the coating layer forming step is performed before the base layer forming step, and the base layer is formed using the coating layer as a base, and This is a method in which the temperature of the first linear resin when forming the lower layer is higher than the average temperature of the first linear resin when forming the remaining layers of the base material layer.
以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Various features shown in the embodiments described below can be combined with each other. Further, the invention is independently realized for each feature.
１．第１実施形態
１−１．構造体１の構成
図１に示すように、本発明の第１実施形態の構造体１は、基材層２と、被覆層３を備える。構造体１としては、看護分野（褥瘡予防サポーター、尖足予防サポーター、子供用シーネなど）、スポーツ用途（シューズのインソールなど）などで用いられるものが挙げられる。本実施形態の構造体１は、軟性材料で形成された被覆層３を設けることによって使用感が高められるのが特徴であるので、被覆層３を生体（例：人体）に接触させて利用する用途に好適に用いられる。図１に示す構造体１は、シューズのインソールである。
1. First embodiment 1-1. Configuration of Structure 1 As shown in FIG. 1, a structure 1 according to the first embodiment of the present invention includes a base material layer 2 and a coating layer 3. Examples of the structure 1 include those used in the field of nursing (pressure ulcer prevention supporter, foot foot prevention supporter, child cine, etc.), sports use (shoe insole, etc.). The structure 1 according to the present embodiment is characterized in that the usability is enhanced by providing the coating layer 3 formed of a soft material, so that the coating layer 3 is used in contact with a living body (eg, a human body). It is suitable for use. The structure 1 shown in FIG. 1 is an insole of a shoe.
＜基材層２＞
基材層２は、形状記憶ポリマーを含む形状記憶材料で形成された層である。形状記憶材料は、形状記憶特性を有する材料であり、所定の回復温度以上に加熱することによって弾性によって原形状に復帰する特性を有する。形状記憶材料は、形状記憶ポリマーのみを含むことが好ましいが、形状記憶特性が損なわれない限り、別の成分を含んでいてもよい。形状記憶ポリマー以外の成分としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンなどの樹脂や、フィラーなどが挙げられる。形状記憶材料中の形状記憶ポリマーの割合は、例えば５０〜１００質量％であり、具体的には例えば、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００質量％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。形状記憶材料の回復温度は、通常、形状記憶ポリマーのガラス転移温度と一致する。
<Base material layer 2>
The base material layer 2 is a layer formed of a shape memory material including a shape memory polymer. The shape memory material is a material having shape memory characteristics, and has a characteristic of being restored to an original shape by elasticity when heated to a predetermined recovery temperature or higher. The shape memory material preferably includes only the shape memory polymer, but may include another component as long as the shape memory characteristics are not impaired. Components other than the shape memory polymer include resins such as polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and fillers. The ratio of the shape memory polymer in the shape memory material is, for example, 50 to 100% by mass, and specifically, for example, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100% by mass. And may be in a range between any two of the numerical values exemplified here. The recovery temperature of the shape memory material usually matches the glass transition temperature of the shape memory polymer.
形状記憶ポリマーは、Ｔｇを超える温度に加熱することによって弾性によって原形状に復帰する特性を有する。Ｔｇは、例えば３５〜１００℃であり、好ましくは、４０〜７５℃であり、具体的には例えば、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００℃であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。 Shape memory polymers have the property of returning to their original shape by elasticity when heated to a temperature above Tg. Tg is, for example, 35 to 100 ° C, preferably 40 to 75 ° C, and specifically, for example, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 , 95, and 100 ° C., and may be in a range between any two of the numerical values exemplified here.
Ｔｇを超える温度で外力を加えて二次形状に賦形し、外力を維持したままＴｇ未満の温度に冷却すると、二次形状が固定される。Ｔｇ未満の温度では、外力を取り除いても原形状に復帰しない。一方、二次形状が付された形状記憶ポリマーをＴｇを超える温度に加熱し、外力を加えない状態にすると、弾性によって原形状に復帰する。原形状は、例えば形状記憶ポリマーを溶融させて所望の形状に成形することによって設定することができる。形状記憶ポリマーとしては、ゴム弾性を有するポリマーが挙げられ、例えば、ポリノルボルネン、トランスポリイソプレン、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリウレタンなどが挙げられる。 When a secondary shape is formed by applying an external force at a temperature higher than Tg, and then cooled to a temperature lower than Tg while maintaining the external force, the secondary shape is fixed. At a temperature lower than Tg, the material does not return to its original shape even when external force is removed. On the other hand, when the shape memory polymer provided with the secondary shape is heated to a temperature exceeding Tg so that no external force is applied, the shape memory polymer returns to the original shape by elasticity. The original shape can be set, for example, by melting a shape memory polymer and molding it into a desired shape. Examples of the shape memory polymer include polymers having rubber elasticity, such as polynorbornene, trans polyisoprene, styrene-butadiene copolymer, and polyurethane.
形状記憶ポリマー及びこれを含む形状記憶材料は、Ｔｇの近傍で弾性率が大きく変化する性質を有する。例えば、（Ｔｇ−２０℃）での弾性率／（Ｔｇ＋２０℃）での弾性率の値が１０以上である。この場合、（Ｔｇ−２０℃）での弾性率が（Ｔｇ＋２０℃）での弾性率の１０倍以上であるので、例えば、（Ｔｇ＋２０℃）以上の温度で構造体１を変形させ、（Ｔｇ−２０℃）以下の温度で構造体１を利用することができる。このため、構造体の形状を利用者ごとに設定された形状に容易に変形させることができ、かつその形状が使用時には維持されるようにすることができる。（Ｔｇ−２０℃）での弾性率／（Ｔｇ＋２０℃）での弾性率の値は、例えば１０〜１０００であり、具体的には例えば、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。 Shape memory polymers and shape memory materials containing the same have the property that the elastic modulus changes significantly near Tg. For example, the value of the elastic modulus at (Tg−20 ° C.) / The elastic modulus at (Tg + 20 ° C.) is 10 or more. In this case, the elastic modulus at (Tg−20 ° C.) is 10 times or more the elastic modulus at (Tg + 20 ° C.). For example, the structure 1 is deformed at a temperature equal to or higher than (Tg + 20 ° C.) The structure 1 can be used at a temperature of 20 ° C. or lower. For this reason, the shape of the structure can be easily deformed into a shape set for each user, and the shape can be maintained during use. The value of the elastic modulus at (Tg−20 ° C.) / The elastic modulus at (Tg + 20 ° C.) is, for example, 10 to 1000, and specifically, for example, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 1000, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here.
また、温度（℃）を表すｘ軸が通常の目盛で、弾性率（Ｐａ）を表すｙ軸が対数目盛である片対数グラフにおいて、Ｔｇでのグラフの傾きは、例えば−１〜−０．０２５であり、−０．５〜−０．１であることが好ましい。この傾きの値は、具体的には例えば、−１、−０．９、−０．８、−０．７、−０．６、−０．５、−０．４、−０．３、−０．２、−０．１、−０．０７５、−０．０５０、−０．０２５であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。グラフの傾きが−１であるとは、１℃の温度低下で弾性率が１０倍になることを意味し、グラフの傾きが−０．０２５であるとは、４０℃の温度低下で弾性率が１０倍になることを意味する。 In a semilogarithmic graph in which the x-axis representing temperature (° C.) is a normal scale and the y-axis representing elastic modulus (Pa) is a logarithmic scale, the slope of the graph at Tg is, for example, −1 to −0. 025, preferably -0.5 to -0.1. Specifically, the value of this slope is, for example, -1, -0.9, -0.8, -0.7, -0.6, -0.5, -0.4, -0.3, −0.2, −0.1, −0.075, −0.050, −0.025, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here. A slope of -1 in the graph means that the elastic modulus increases by a factor of 10 at a temperature drop of 1 ° C, and a slope of -0.025 in the graph means that the elastic modulus at a temperature drop of 40 ° C. Means 10 times.
別の表現では、Ｔｇ＋Ｘ℃からＴｇ−Ｘ℃への温度変化で弾性率が１０倍以上になるときのＸは、２０以下が好ましく、例えば０．５〜２０であり、具体的には例えば、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。 In another expression, X when the elastic modulus becomes 10 times or more due to a temperature change from Tg + X ° C. to Tg−X ° C. is preferably 20 or less, for example, 0.5 to 20, and specifically, for example, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 and are exemplified here. It may be in the range between any two of the numerical values.
本明細書では、弾性率は、動的粘弾性試験により求めた貯蔵弾性率を意味し、JIS K7244に従って測定することができる。 In the present specification, the elastic modulus means a storage elastic modulus determined by a dynamic viscoelasticity test, and can be measured according to JIS K7244.
なお、仮に、形状記憶材料以外の熱可塑性樹脂で基材層２を形成した場合でも、昇温に伴って基材層の弾性率を低下させることは可能であるが、形状記憶材料以外の熱可塑性樹脂では、通常、昇温に伴う弾性率の低下が緩やかであるので、基材層２を昇温させて変形させた後に降温させて変形後の形状を維持するという作業を行うのが容易ではないので、基材層２は、形状記憶材料で形成する必要がある。 Even if the base layer 2 is formed of a thermoplastic resin other than the shape memory material, it is possible to reduce the elastic modulus of the base layer as the temperature rises. In the case of a plastic resin, since the decrease in the elastic modulus due to a rise in temperature is usually gradual, it is easy to perform an operation of raising the temperature of the base material layer 2 to deform it, and then lowering the temperature to maintain the deformed shape. Therefore, the base material layer 2 needs to be formed of a shape memory material.
＜被覆層３＞
被覆層３は、基材層２の少なくとも一部を被覆する。被覆層３は、軟性材料で形成される。軟性材料とは、常温において容易に弾性変形可能な材料であり、一例では、Ｔｇが常温未満であるエラストマーが挙げられる。エラストマーとしては、スチレン系エラストマーが挙げられる。軟性材料のＴｇは、２０℃以下が好ましく、１０℃以下がさらに好ましく、０℃以下がさらに好ましい。軟性材料は、常温（２５℃）において形状記憶材料よりも軟性であることが好ましく、常温において形状記憶材料よりも弾性率が低いことが好ましい。基材層２は、通常、常温での剛性が大きいので、基材層２が利用者に押圧されると利用者に痛みを生じさせたりする虞があったりする。そこで、本実施形態では、利用者に接触する部位において基材層２を、軟性材料で形成された被覆層３で被覆することによって構造体１の使用感を向上させる。
<Coating layer 3>
The coating layer 3 covers at least a part of the base material layer 2. The coating layer 3 is formed of a soft material. The soft material is a material that can be easily elastically deformed at room temperature, and an example is an elastomer having a Tg lower than room temperature. Examples of the elastomer include a styrene-based elastomer. The Tg of the soft material is preferably 20 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or lower, and further preferably 0 ° C. or lower. The soft material is preferably softer at room temperature (25 ° C.) than the shape memory material, and preferably has a lower elastic modulus at room temperature than the shape memory material. Since the base layer 2 usually has high rigidity at normal temperature, there is a possibility that when the base layer 2 is pressed by the user, the user may suffer pain. Therefore, in the present embodiment, the usability of the structure 1 is improved by covering the base layer 2 with a covering layer 3 formed of a soft material at a portion that comes into contact with the user.
１−２．構造体１の製造方法
構造体１の製造方法は、特に限定されず、射出成形や３Ｄプリンタ造形などの方法によって形成可能である。射出成形の場合、形状記憶材料と軟性材料と用いた二色成形によって基材層２と被覆層３を一体成形することができる。また、基材層２と被覆層３の一方を射出成形で形成し、その上に他方を３Ｄプリンタ造形で形成してもよい。さらに、基材層２と被覆層３の両方を３Ｄプリンタ造形によって形成してもよい。３Ｄプリンタ造形では、構造体１が利用者ごとに設定された形状になるように形成可能であるので、基材層２と被覆層３の少なくとも一方は、３Ｄプリンタ造形によって形成することが好ましい。
1-2. Method for Manufacturing Structure 1 The method for manufacturing the structure 1 is not particularly limited, and can be formed by a method such as injection molding or 3D printer modeling. In the case of injection molding, the base layer 2 and the coating layer 3 can be integrally formed by two-color molding using a shape memory material and a soft material. Alternatively, one of the base layer 2 and the coating layer 3 may be formed by injection molding, and the other may be formed thereon by 3D printer modeling. Further, both the base layer 2 and the coating layer 3 may be formed by 3D printer modeling. In the 3D printer modeling, since the structure 1 can be formed so as to have a shape set for each user, it is preferable that at least one of the base layer 2 and the coating layer 3 is formed by 3D printer modeling.
３Ｄプリンタ造形では、ヘッドから溶融樹脂を押し出すことによって形成した線状樹脂を、図２Ａ〜図２Ｂに示すように、二次元走査して線状構造体４，５を形成し、線状構造体４，５を積層することによって造形物を形成することができる。ヘッドには、樹脂をフィラメントの形態で供給してもよく、ペレットの形態で供給してもよい。後者の場合、フィラメントの形状にしにくい軟性材料でも線状樹脂にすることができる。 In 3D printer modeling, a linear resin formed by extruding a molten resin from a head is two-dimensionally scanned as shown in FIGS. 2A to 2B to form linear structures 4 and 5, and a linear structure is formed. A molded object can be formed by laminating 4 and 5. The resin may be supplied to the head in the form of a filament or in the form of a pellet. In the latter case, a linear resin can be used even for a soft material that is difficult to form a filament.
線状構造体４，５は、線状樹脂４ｂ，５ｂを一筆書きになるように二次元走査して形成したものである。線状構造体４は、線状樹脂４ｂを主に横方向に走査して形成された線状構造体であり、線状構造体５は、線状樹脂５ｂを主に縦方向に走査して形成された線状構造体である。線状構造体４，５を交互に積層すると、図２Ｃに示すように平面視で格子状となった造形物７が得られる。 The linear structures 4 and 5 are formed by two-dimensionally scanning the linear resins 4b and 5b in one stroke. The linear structure 4 is a linear structure formed by scanning the linear resin 4b mainly in the horizontal direction, and the linear structure 5 is formed by scanning the linear resin 5b mainly in the vertical direction. It is a formed linear structure. When the linear structures 4 and 5 are alternately stacked, a modeled object 7 having a lattice shape in plan view is obtained as shown in FIG. 2C.
線状樹脂が形状記憶材料からなるものである場合、造形物７として基材層２が得られる。一方、線状樹脂が軟性材料である場合、造形物７として被覆層３が得られる。 When the linear resin is made of a shape memory material, the substrate layer 2 is obtained as the modeled object 7. On the other hand, when the linear resin is a soft material, the coating layer 3 is obtained as the modeled object 7.
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、線状構造体４，５は、それぞれ、平行に延びる複数の溝４ａ，５ａを有する。溝４ａは、線状構造体４を構成する線状樹脂４ｂが平行に延在することによって形成される。溝５ａは、線状構造体５を構成する線状樹脂５ｂが平行に延在することによって形成される。また、積層方向に隣接する２つの線状構造体４，５の一方の溝４ａが他方の溝５ａと交差する。本実施形態では、溝４ａ，５ａは直交しているが、溝４ａ，５ａが直角以外の角度で交わるようにしてもよい。このような構造の造形物は、内部に空間があるために、比較的軽量である。また、造形物が被覆層３である場合、被覆層３内部に空間があるために被覆層３が変形されやすくなり、被覆層３のクッション性が向上する。 As shown in FIGS. 2A to 2C, the linear structures 4 and 5 have a plurality of grooves 4a and 5a extending in parallel, respectively. The groove 4a is formed by the linear resin 4b constituting the linear structure 4 extending in parallel. The groove 5a is formed by the linear resin 5b constituting the linear structure 5 extending in parallel. Further, one groove 4a of two linear structures 4 and 5 adjacent in the stacking direction intersects the other groove 5a. In the present embodiment, the grooves 4a and 5a are orthogonal, but the grooves 4a and 5a may intersect at an angle other than a right angle. The molded article having such a structure is relatively lightweight because of the space inside. When the modeled object is the coating layer 3, the coating layer 3 is easily deformed because of the space inside the coating layer 3, and the cushioning property of the coating layer 3 is improved.
造形物の物性は、線状構造体４，５の二次元形状や、線状構造体４，５を構成する線状樹脂４ｂ，５ｂの直径や密度（単位面積当たりの本数）を変更することによって適宜変更可能である。例えば、被覆層３について、線状樹脂４ｂ，５ｂの直径を小さくしたり、線状樹脂４ｂ，５ｂの密度を低くしたりすることによって、被覆層３をより柔軟にすることができる。また、図２Ａ〜図２Ｂでは、線状樹脂４ｂ，５ｂの密度やパターンが線状構造体４，５の全体で均一であるが、部分的に密度やパターンを変更することによって造形物の物性を変更することも可能である。このように、基材層２と被覆層３を３Ｄプリンタ造形によって形成する場合、利用者のニーズに合わせて、構造体１の物性を適宜変更することが可能になる。 The physical properties of the modeled object are changed by changing the two-dimensional shape of the linear structures 4 and 5 and the diameter and density (the number per unit area) of the linear resins 4b and 5b constituting the linear structures 4 and 5. Can be changed as appropriate. For example, the coating layer 3 can be made more flexible by reducing the diameter of the linear resins 4b and 5b or reducing the density of the linear resins 4b and 5b. 2A and 2B, the densities and patterns of the linear resins 4b and 5b are uniform throughout the linear structures 4 and 5, but the physical properties of the molded article can be partially changed by changing the densities and patterns. Can also be changed. As described above, when the base layer 2 and the coating layer 3 are formed by 3D printer modeling, it is possible to appropriately change the physical properties of the structure 1 according to the needs of the user.
基材層２と被覆層３の両方を３Ｄプリンタ造形によって形成する場合、基材層２を先に形成して、基材層２を下地として被覆層３を形成してもよく、被覆層３を先に形成して、被覆層３を下地として基材層２を形成してもよい。後述する実施例で示すように、前者の方が基材層２と被覆層３の密着性が良好になるので好ましい。 When both the base layer 2 and the cover layer 3 are formed by 3D printing, the base layer 2 may be formed first, and the cover layer 3 may be formed using the base layer 2 as a base. May be formed first, and the base layer 2 may be formed using the coating layer 3 as a base. As will be described later in Examples, the former is preferable because the adhesion between the base material layer 2 and the coating layer 3 becomes better.
ところで、被覆層３を下地として基材層２を形成する場合、基材層２を形成する際の線状樹脂の温度を高くすると基材層２と被覆層３の密着性を向上させることができる。一方、形状記憶材料は高温にすると劣化しやすい場合があるので、基材層２を形成する際の線状樹脂の温度はなるべく低くしたい。このため、基材層２の最下層を形成する際の線状樹脂の温度が、基材層２の残りの層を形成する際の線状樹脂の平均温度よりも高くなるようにすることによって、密着性を向上させつつ形状記憶材料の劣化を抑制できる。 By the way, when the base layer 2 is formed using the coating layer 3 as a base, increasing the temperature of the linear resin when forming the base layer 2 can improve the adhesion between the base layer 2 and the coating layer 3. it can. On the other hand, since the shape memory material may be easily deteriorated at a high temperature, it is desirable to lower the temperature of the linear resin when forming the base layer 2 as much as possible. Therefore, by setting the temperature of the linear resin when forming the lowermost layer of the base material layer 2 to be higher than the average temperature of the linear resin when forming the remaining layers of the base material layer 2, In addition, it is possible to suppress the deterioration of the shape memory material while improving the adhesion.
２．第２実施形態
図２を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は第１実施形態に類似しており、表皮材６を備える点が主な相違点である。以下、相違点を中心に説明する。
2. Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is similar to the first embodiment, and is different from the first embodiment in that a skin material 6 is provided. Hereinafter, the differences will be mainly described.
表皮材６は、被覆層３上に形成される。表皮材６は、不織布等によって構成される。表皮材６は、基材層２と被覆層３が積層された構造体を形成した後に被覆層３に貼り付けてもよく、表皮材６を下地として被覆層３及び基材層２をこの順に３Ｄプリンタ造形するようにしてもよい。後者の場合、表皮材６を貼り付ける手間が不要であり、かつ表皮材６と被覆層３の密着性が高いので、好ましい。 The skin material 6 is formed on the coating layer 3. The skin material 6 is formed of a nonwoven fabric or the like. The skin material 6 may be attached to the coating layer 3 after forming a structure in which the base material layer 2 and the coating layer 3 are laminated, and the coating layer 3 and the base material layer 2 are arranged in this order with the skin material 6 as a base. A 3D printer may be formed. The latter case is preferable because the labor for attaching the skin material 6 is unnecessary and the adhesion between the skin material 6 and the coating layer 3 is high.
形状記憶材料及び軟性材料を用いた３Ｄプリンタ造形によって構造体１を製造した。基材層２を形成するための形状記憶材料として、ポリウレタンからなる形状記憶ポリマー（ＳＭＰテクノロジーズ製、グレード名：ＭＭ５５２０、造形最適温度：２１５℃、Ｔｇ：５５℃）を用いた。被覆層３を形成するための軟性材料として、スチレン系熱可塑性エラストマー（クラレ製、グレード名：アーネストンＪＳ２０Ｎ、最適造形温度：２３８℃）を用いた。表皮材６として、ＰＥＴ製の不織布を用いた。以下の説明での「造形温度」は、造形の際に線状樹脂を吐出するヘッドの設定温度である。 The structure 1 was manufactured by 3D printer modeling using a shape memory material and a soft material. As a shape memory material for forming the base material layer 2, a shape memory polymer made of polyurethane (manufactured by SMP Technologies, grade name: MM5520, optimum forming temperature: 215 ° C, Tg: 55 ° C) was used. As a soft material for forming the coating layer 3, a styrene-based thermoplastic elastomer (manufactured by Kuraray, grade name: Arneston JS20N, optimum molding temperature: 238 ° C.) was used. As the skin material 6, a nonwoven fabric made of PET was used. The “molding temperature” in the following description is a set temperature of a head that discharges a linear resin during molding.
＜実施例１＞
造形温度２１５℃で基材層２を形成し、基材層２を下地として、造形温度２３８℃で被覆層３を形成した。基材層２と被覆層３の結合性は良好であった。
<Example 1>
The base layer 2 was formed at a modeling temperature of 215 ° C., and the coating layer 3 was formed at a modeling temperature of 238 ° C. using the base layer 2 as a base. The bondability between the base material layer 2 and the coating layer 3 was good.
＜実施例２＞
表皮材６を下地として、造形温度２３８℃で被覆層３を形成し、被覆層３を下地として、造形温度２１５℃で基材層２を形成した。表皮材６と被覆層３の結合性は良好であった。被覆層３と基材層２の界面の結合力が乏しかった。
<Example 2>
The coating layer 3 was formed at a modeling temperature of 238 ° C. using the skin material 6 as a base, and the base material layer 2 was formed at a modeling temperature of 215 ° C. using the coating layer 3 as a base. The bonding property between the skin material 6 and the coating layer 3 was good. The bonding force at the interface between the coating layer 3 and the base material layer 2 was poor.
＜実施例３＞
表皮材６を下地として、造形温度２３８℃で被覆層３を形成し、被覆層３を下地として基材層２を形成した。基材層２の最下層を形成する際の造形温度を２３８℃とし、残りの層を形成する際の造形温度を２１５℃とした。表皮材６と被覆層３の結合性、及び被覆層３と基材層２の結合性はどちらも良好であった。
<Example 3>
The coating layer 3 was formed at a molding temperature of 238 ° C. using the skin material 6 as a base, and the base layer 2 was formed using the coating layer 3 as a base. The molding temperature at the time of forming the lowermost layer of the base material layer 2 was 238 ° C., and the molding temperature at the time of forming the remaining layers was 215 ° C. The bonding property between the skin material 6 and the coating layer 3 and the bonding property between the coating layer 3 and the base material layer 2 were both good.
１ ：構造体
２ ：基材層
３ ：被覆層
４ ：線状構造体
４ａ：溝
４ｂ：線状樹脂
５ ：線状構造体
５ａ：溝
５ｂ：線状樹脂
６ ：表皮材
７ ：造形物
1: Structure 2: Base layer 3: Covering layer 4: Linear structure 4a: Groove 4b: Linear resin 5: Linear structure 5a: Groove 5b: Linear resin 6: Skin material 7: Modeled object
Claims (9)
前記基材層は、形状記憶ポリマーを含む形状記憶材料で形成され、
前記被覆層は、軟性材料で形成される、構造体。 Base material layer, a structure comprising a coating layer covering at least a part of the base material layer,
The base layer is formed of a shape memory material including a shape memory polymer,
The structure, wherein the coating layer is formed of a flexible material.
前記形状記憶ポリマーは、ガラス転移温度Ｔｇが３５〜１００℃である、構造体。 The structure according to claim 1, wherein:
The structure, wherein the shape memory polymer has a glass transition temperature Tg of 35 to 100 ° C.
前記形状記憶ポリマーは、（Ｔｇ−２０℃）での弾性率／（Ｔｇ＋２０℃）での弾性率の値が１０以上である、構造体。 The structure according to claim 1 or claim 2,
The structure wherein the shape memory polymer has a value of elastic modulus at (Tg−20 ° C.) / Elastic modulus at (Tg + 20 ° C.) of 10 or more.
前記基材層及び前記被覆層は、線状樹脂が二次元走査されて構成された線状構造体が積層されて構成されている、構造体。 It is a structure according to any one of claims 1 to 3,
The structure, wherein the base layer and the coating layer are formed by stacking linear structures formed by two-dimensionally scanning a linear resin.
前記線状構造体は、平行に延びる複数の溝を備える、構造体。 The structure according to claim 4, wherein
The structure, wherein the linear structure includes a plurality of grooves extending in parallel.
積層方向に隣接する２つの線状構造体の一方の溝が、他方の溝と交差する、構造体。 The structure according to claim 5, wherein
A structure in which one groove of two linear structures adjacent in the stacking direction intersects the other groove.
前記基材層形成工程では、形状記憶ポリマーを含む形状記憶材料からなる第１線状樹脂を二次元走査して形成する第１線状構造体を積層して基材層を形成し、
前記被覆層形成工程では、軟性材料からなる第２線状樹脂を二次元走査して形成する第２線状構造体を積層して被覆層を形成し、
前記被覆層は、前記基材層の少なくとも一部を被覆する、方法。 A substrate layer forming step, comprising a coating layer forming step, a method for manufacturing a structure,
In the base material layer forming step, a first linear structure formed by two-dimensionally scanning a first linear resin made of a shape memory material including a shape memory polymer is laminated to form a base material layer,
In the coating layer forming step, a second linear structure formed by two-dimensionally scanning a second linear resin made of a soft material is laminated to form a coating layer,
The method, wherein the coating layer covers at least a part of the base material layer.
前記被覆層形成工程は、前記基材層形成工程の後に行われ、前記基材層を下地として前記被覆層が形成される、方法。 The method according to claim 7, wherein
The method, wherein the step of forming a coating layer is performed after the step of forming a base layer, and the coating layer is formed using the base layer as a base.
前記被覆層形成工程は、前記基材層形成工程の前に行われ、前記被覆層を下地として前記基材層が形成され、
前記基材層の最下層を形成する際の第１線状樹脂の温度は、前記基材層の残りの層を形成する際の第１線状樹脂の平均温度よりも高い、方法。 The method according to claim 7, wherein
The coating layer forming step is performed before the base layer forming step, the base layer is formed with the coating layer as a base,
The method, wherein the temperature of the first linear resin when forming the lowermost layer of the base material layer is higher than the average temperature of the first linear resin when forming the remaining layers of the base material layer.
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