JP2020074909A - 形状記憶フォーム、ワーク載置台および形状記憶フォームの整形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な形状記憶フォームの提案【解決手段】形状記憶フォーム２０は、温度に依存して形状を記憶する機能を有する、多孔質の形状記憶ポリマー２１と、形状記憶ポリマー２１に密着した状態で形状記憶ポリマーを覆った、気密性と伸縮性とを有するフィルム２２と、フィルム２２に設けられ、形状記憶ポリマー２１が覆われた空間２２ａに開口した少なくとも１つの流通口２３とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、形状記憶フォーム、ワーク載置台および形状記憶フォームの整形方法に関する。

特開平５−１９９９０６号公報には、靴の中敷きの製造方法が開示されている。同公報に開示された靴の中敷きの製造方法では、まず形状記憶ポリウレタン発泡体が人の足の裏側の平面形状に切断される。切断された形状記憶ポリウレタン発泡体を芯材とし、芯材の表面と裏面に保護シートが張り付けられる。次に、芯材を５０℃〜１２０℃に加温して軟化し、軟化した状態で使用者の足形の断面と等しい形状が付与され、形状を付与したまま使用時の温度まで温度を下げて芯材を硬化することが開示されている。

特公平７−４７１５公報には、不定形ワークの研削方法が開示されている。不定形ワークの研削方法は、形状記憶樹脂層からなるマットに、該樹脂の転異点を越えた軟化状態においてワークの非研削面を押圧し、押圧された変形のままマットを冷却硬化させてそれにワークを型合わせすることによって、マットを介してワークを研削可能に保持し、研削加工後にワークが剥離したマットを加温により軟化・復元し、このように変形したマット（Ｍ）を軟化・復元しながら、ワーク（Ｗ）の研削加工の保持に反復使用することが開示されている。

特開平５−１９９９０６号公報 特公平７−４７１５公報

ところで、複雑な形状をもつワークを固定して加工を行うときの、ワークの保持台として、形状記憶樹脂層からなるマットが用いられているが特公平７−４７１５公報に開示されているように加温装置などの構造が大がかりであった。

ここで提案される形状記憶フォームは、温度に依存して形状を記憶する機能を有する、多孔質の形状記憶ポリマーと、形状記憶ポリマーに密着した状態で形状記憶ポリマーを覆った、気密性と伸縮性とを有するフィルムと、フィルムに設けられ、形状記憶ポリマーが覆われた空間に開口した少なくとも１つの流通口とを備えている。

ここで提案されるワーク載置台は、形状記憶フォームがワークを配置する領域に少なくとも１つ設置されているとよい。

ここで提案される形状記憶フォームの整形方法は、例えば、形状記憶フォームを用意する第１工程と、形状記憶フォームをワークに沿わせて整形する第２工程とを含む。ここで、第２工程は、形状記憶フォームの流通口に、形状記憶ポリマーの可逆相のみが溶融する温度Ｔ２と固定相が溶融する温度Ｔｆとの間の温度Ｔ２Ａに調整された温度調整媒体が供給されることと、形状記憶フォームにワークが押し付けられることと、形状記憶フォームの流通口に、固定相が溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２よりも低い温度Ｔ２Ｂに調整された温度調整媒体が供給されることとを含んでいる。

かかる形状記憶フォームは、ワークに沿わせて整形される。ワーク載置台は、かかる形状記憶フォームによってワークを保持することができる。形状記憶フォームの整形方法は、形状記憶フォームの流通口に温度調整媒体が供給されるように構成されているとよい。

図１は、ここで提案される形状記憶フォーム２０およびワーク載置台１００を模式的に示す模式図である。 図２は、形状記憶フォームの整形方法の第２工程を模式的に示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る形状記憶フォーム、ワーク載置台および形状記憶フォームの整形方法を説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を限定することを意図したものではない。

図１は、ここで提案される形状記憶フォーム２０およびワーク載置台１００を模式的に示す模式図である。
ここで提案される形状記憶フォーム２０は、形状記憶ポリマー２１と、フィルム２２と、流通口２３とを備えている。

ここで、形状記憶ポリマー２１は、多孔質のポリマーであり、温度に依存して形状を記憶する機能を有している。形状記憶ポリマー２１は、一般的には、温度変化に伴い軟化と硬化が可逆的に起こる軟化／効果可逆相の二層構造よりなる。ここで固定相の溶融温度Ｔｆは、可逆相の溶融温度Ｔｒよりも高い（Ｔｒ＜Ｔｆ）。可逆相・固定相ともに溶融する温度Ｔ１（Ｔｒ＜Ｔｆ＜Ｔ１）になると形状記憶ポリマー２１の成形が可能になる。かかる温度条件Ｔ１で形状記憶ポリマー２１を成形し、形状を維持して冷却し、固定層が固化し、さらに冷却すると可逆相も固化して、形状が完全に固定化される。これにより形状記憶ポリマー２１の形状が一次賦形として記憶される。

次に、形状記憶ポリマー２１は、例えば、固定相は溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２（Ｔｒ＜Ｔ２＜Ｔｆ）に加熱し、外力を加えると、任意の形状に変形する（二次賦形）。二次賦形した後に冷却するとその状態に保たれる。さらに、二次賦形された成形品を加熱し、可逆相のみが溶融する温度条件Ｔ２以上に加熱すると、形状記憶ポリマー２１は、ゴム状特性を示して原型（一次賦形の形状）を回復する。

形状記憶ポリマー２１は、多孔質のポリマーとして、例えば、スポンジ状の成形体でありうる。形状記憶ポリマー２１は、固定相は溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２に依存して二次賦形し、かつ、二次賦形後の形状が維持されるとよい。形状記憶ポリマー２１は多孔質のポリマー（例えば、スポンジ状の成形体）であるので、温度調整溶媒が含浸することによって、温度が調整されて二次賦形が調整される。

形状記憶ポリマー２１は、固定相は溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２が５０℃以上に設定されていることによって、暖めると変形が許容され、２０℃〜３０℃程度の常温に温度を下げると形状が固定でき、扱いやすくなる。また、固定相は溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２が１００℃未満（好ましくは８０℃未満、より好ましくは７０℃未満、さらに好ましくは６５℃未満）に設定されていることによって、入手が容易な水を温度調整溶媒として利用して二次賦形を調整することができる。

かかる形状記憶ポリマー２１としては、例えば、ポリウレタン樹脂をスポンジ状に発泡させたスポンジ状の成形体を一次賦形して用いられうる。また、形状記憶ポリマー２１は、一次賦形された状態での形状記憶ポリマー２１の発泡倍率は、例えば、７倍以上であるとよい。

フィルム２２は、所要の気密性と伸縮性とを有している。フィルム２２は、形状記憶ポリマー２１に密着した状態で形状記憶ポリマー２１を覆っている。ここで、フィルム２２には、特に伸縮性に優れた材料が採用されるとよい。
かかるフィルム２２には、例えば、ポリウレタンフィルムが採用されうる。好適なポリウレタンフィルムは、伸縮率が３００％以上、より好ましくは伸縮率が５００％以上であるとよい。かかるポリウレタンフィルムには、ポリウレタンフィルムを基材としてポリエチレンフィルムが積層された株式会社武田産業製のポリウレタンフィルムがある。

かかるフィルム２２は、上述のように一次賦形された形状記憶ポリマー２１に密着した状態で形状記憶ポリマー２１を覆っている。この実施形態では、例えば、所要の厚さを有する平板状に一次賦形された形状記憶ポリマー２１と、２枚のフィルム２２を用意する。形状記憶ポリマー２１の両側面を２枚のフィルム２２で挟む。２枚のフィルム２２を形状記憶ポリマー２１の両側面にそれぞれ密着させる。形状記憶ポリマー２１の周縁部で、２枚のフィルム２２に接着剤を塗布し、形状記憶ポリマー２１を覆う２枚のフィルム２２を接着させる。なお、フィルム２２の取付構造は、かかる構造に限定されない。形状記憶ポリマー２１の一次賦形後の形状に合わせて、所定形状に切り出されたフィルム２２によって、形状記憶ポリマー２１を覆ってもよい。

流通口２３は、フィルム２２に設けられており、形状記憶ポリマー２１が覆われた空間２２ａに開口している。図１に示された形態では、流通口２３は、フィルム２２に２つ設けられている。具体的には、流通口２３は、形状記憶ポリマー２１が覆われた空間２２ａを挟むように当該空間２２ａを形成するフィルム２２の離れた位置に設けられている。流通口２３は、樹脂製のチューブであり、フィルム２２を貫通するようにフィルム２２に取付けられている。この実施形態では、２枚のフィルム２２が形状記憶ポリマー２１の上下に密着しており、形状記憶ポリマー２１の周縁部が接着されている。

なお、この実施形態では、流通口２３は、フィルム２２に２つ設けられている。流通口２３は、形状記憶ポリマー２１が覆われた空間２２ａを挟むように当該空間２２ａを形成するフィルム２２の離れた位置に設けられている。流通口２３の数や配置はこれに限定されない。例えば、流通口２３は、さらに複数設けられていてもよい。また、流通口２３は、温度調整媒体の供給と排出が行われていると良い。このため、流通口２３は、フィルム２２に対して必ずしも複数設けられていつ必要は無く、フィルム２２に少なくとも１つ設けられていてもよい。

ワーク載置台１００は、図１に示されているように、形状記憶フォーム２０が、ワークが配置される領域１０１に設置されている。図１では、ワークが配置される領域１０１に形状記憶フォーム２０が１つ配置されている。配置されるワークが大きい場合など、形状記憶フォーム２０は、ワーク載置台１００のワークが配置される領域に複数配置されていてもよい。ワーク載置台１００は、形状記憶フォーム２０の流通口２３に接続された配管１０２と、配管１０２を通じて温度調整媒体を供給する媒体供給装置１０４とを備えている。

図１に示された形態では、配管１０２は、形状記憶フォーム２０に供給された温度調整媒体が、媒体供給装置１０４に戻るように循環管路を形成している。配管１０２には、バルブ１１２とポンプ１１４が適宜に設けられている。

温度調整媒体は、例えば、水であるとよく、媒体供給装置１０４は媒体の温度を調整する温度調節機構を備えているとよい。ここで、媒体供給装置１０４は、形状記憶ポリマー２１の固定相が溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２と、固定相が溶融する温度Ｔｆとの間に調整された温度Ｔ２Ａ（Ｔ２＜Ｔ２Ａ＜Ｔｆ）と、温度Ｔ２よりも低い温度Ｔ２Ｂ（Ｔ２Ｂ＜Ｔ２）とに温度調整された媒体が供給できるように構成されているとよい。つまり、形状記憶フォーム２０を軟化させる場合には、媒体供給装置１０４から温度Ｔ２Ａの温度調整媒体を供給するとよい。形状記憶フォーム２０を二次賦形させる場合には、媒体供給装置１０４から温度Ｔ２Ｂの温度調整媒体を供給するとよい。

なお、温度調整媒体は、水に限らず有機溶媒でもよい。また、流体であるとよく、加熱された乾燥空気などの気体でも良い。温度調整媒体が液体である場合には、気体である場合に比べて熱容量が大きいため、形状記憶フォーム２０を早期に軟化させたり、二次賦形させたりできる。また、この形状記憶フォーム２０は、形状記憶ポリマー２１がフィルム２２で覆われており、フィルム２２で覆われた空間２２ａに温度調整媒体が供給される。このため、温度調整媒体が外部に漏れないので、温度調整媒体が外部環境を汚すことがない。

次に、形状記憶フォーム２０の整形方法を説明する。
形状記憶フォーム２０の整形方法は、形状記憶フォーム２０を用意する第１工程と、形状記憶フォーム２０をワーク２００に沿わせて整形する第２工程（図２参照）とを含んでいる。ここで、図２は、形状記憶フォームの整形方法の第２工程を模式的に示す模式図である。

ここで、第１工程で用意される形状記憶フォーム２０は、図１に示されているように、温度に依存して形状を記憶する機能を有する、多孔質の形状記憶ポリマー２１と、形状記憶ポリマー２１に密着した状態で形状記憶ポリマー２１を覆った、気密性と伸縮性とを有するフィルム２２と、フィルム２２に設けられ、形状記憶ポリマー２１が覆われた空間に開口した少なくとも１つの流通口２３とを備えている。

第２工程は、温度Ｔ２Ａに調整された温度調整媒体が形状記憶フォーム２０の流通口２３に供給されることと、図２に示されているように、形状記憶フォーム２０にワーク２００が押し付けられることと、温度Ｔ２Ｂに調整された温度調整媒体が形状記憶フォーム２０の流通口２３に供給されることとが含まれている。

ここで、温度Ｔ２Ａは、形状記憶ポリマー２１の可逆相のみが溶融する温度Ｔ２と固定相が溶融する温度Ｔｆとの間の温度である。温度Ｔ２Ｂは、固定相が溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２よりも低い温度である。
例えば、第２工程では、図２に示されているように、形状記憶フォーム２０にワーク２００が押し付けられた状態で、形状記憶フォーム２０の流通口（図１参照）に、温度Ｔ２Ａに調整された温度調整媒体が供給されてもよい。温度Ｔ２Ａに調整された温度調整媒体が形状記憶ポリマー２１に供給されることによって、形状記憶ポリマー２１が軟化する。形状記憶ポリマー２１は、ワーク２００が押し付けられた面に倣って変形する。

ここで、温度Ｔ２Ａは、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２と、固定相が溶融する温度Ｔｆとの間の温度であり、形状記憶ポリマー２１は、一次賦形された原型に復元しようとする。この際、ワーク２００が形状記憶フォーム２０に押し付けられる力Ｐ１だけでなく、形状記憶ポリマー２１自体の復元力によって、ワーク２００が押し付けられた面に向けて内圧Ｐ２が作用する。形状記憶ポリマー２１を覆うフィルム２２は、伸縮性があるので、ワーク２００が押し付けられた面に倣って伸びる。かかる内圧Ｐ２の作用とフィルム２２の伸縮性によって、ワーク２００が押し付けられた面に倣って形状記憶フォーム２０が変形する。

かかる第２工程では、形状記憶フォーム２０にワーク２００を押し付ける力Ｐ１が強められたり、弱められたりすることが繰り返されるとよい。この場合、形状記憶フォーム２０にワーク２００を押し付ける力Ｐ１が弱められたときに、フィルム２２とワーク２００との接触が緩和され、フィルム２２がワーク２００に対して滑り、フィルム２２がワーク２００の押し付けられた面に倣うようになる。これが繰り返されることによって、ワーク２００が押し付けられた面に倣って形状記憶フォーム２０が整形される。
ワーク２００が押し付けられた面に倣って、形状記憶フォーム２０が十分に整形された後で、温度Ｔ２Ｂに調整された温度調整媒体が、形状記憶フォーム２０に供給されるとよい。温度Ｔ２Ｂは、固定相が溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２よりも低い温度である。このため、温度Ｔ２Ｂに調整された温度調整媒体が供給されることによって、形状記憶ポリマー２１が二次賦形される。形状記憶フォーム２０がワーク２００の形状に倣って整形された状態で固定される。

ワーク２００が押し付けられた面に倣って形状記憶フォーム２０が変形すると、ワーク２００が押し付けられた面の形状にもよるが、形状記憶フォーム２０がワーク２００に食いつく。そして、ワーク２００が形状記憶フォーム２０に保持される。

例えば、ワーク２００は、先ず片面を切削加工し、その後、切削加工された面をワーク載置台１００の形状記憶フォーム２０（図１参照）に押し付けるとよい。このワーク載置台１００では、形状記憶フォーム２０に温度Ｔ２Ａに調整された温度調整媒体を供給して軟化させる。これにより、形状記憶フォーム２０が、ワーク２００が押し付けられた面（ここでは、切削加工された面）に倣って変形する。この際、形状記憶フォーム２０にワーク２００を押し付ける力Ｐ１が強められたり、弱められたりすることが繰り返されるとよい。これにより、図２に示されているように、ワーク２００に形成された穴や溝に沿って、形状記憶フォーム２０が十分に入り込み、形状記憶フォーム２０がワーク２００に形成された穴や溝に食いつく。

その後、形状記憶フォーム２０に温度Ｔ２Ｂに調整された温度調整媒体を供給して形状記憶フォーム２０を二次賦形するとよい。これにより、切削加工された面とは反対側の面を上にして、ワーク２００が、形状記憶フォーム２０の上に設置される。このワーク載置台１００によれば、形状記憶フォーム２０がワーク２００に食いつき、ワーク２００を保持するので、例えば、形状記憶フォーム２０が食いついた面とは反対側の面を切削加工することができる。この形状記憶フォーム２０によれば、ワーク２００を形状記憶フォーム２０に押し付ける機構と、形状記憶フォーム２０に温度調整媒体を供給する機構とともに用いられるとよい。ワーク２００を形状記憶フォーム２０に押し付ける機構は、プレス機のような構造でよく、形状記憶フォーム２０に温度調整媒体を供給する機構も既存技術を応用し配管するとよい。このため、例えば、ワーク載置台１００全体としての構成は、それほど複雑にならない。また、形状記憶フォーム２０の軟化や二次賦形なども、温度調整媒体の供給で操作できる。このため、形状記憶フォーム２０の操作性がよい。

以上の通りに、ここで提案される形状記憶フォーム、ワーク載置台および形状記憶フォームの整形方法の一実施形態を種々説明したが、ここで提案される形状記憶フォーム、ワーク載置台および形状記憶フォームの整形方法は、上述した実施形態に限定されない。また、ここで提案される形状記憶フォーム、ワーク載置台および形状記憶フォームの整形方法は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。

２０ 形状記憶フォーム
２１ 形状記憶ポリマー
２２ フィルム
２２ａ 空間
２３ 流通口
１００ ワーク載置台
１０１ ワークが配置される領域
１０２ 配管
１０４ 媒体供給装置
１１２ バルブ
１１４ ポンプ
２００ ワーク

Claims (9)

1. 温度に依存して形状を記憶する機能を有する、多孔質の形状記憶ポリマーと、
   前記形状記憶ポリマーに密着した状態で前記形状記憶ポリマーを覆った、気密性と伸縮性とを有するフィルムと、
   前記フィルムに設けられ、前記形状記憶ポリマーが覆われた空間に開口した少なくとも１つの流通口と
   を備えた、形状記憶フォーム。
2. 前記流通口は、前記フィルムに複数設けられている、請求項１に記載された形状記憶フォーム。
3. 前記形状記憶ポリマーは、固定相は溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２が５０℃以上に設定されている、請求項１または２に記載された形状記憶フォーム。
4. 前記形状記憶ポリマーは、固定相は溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２が１００℃未満に設定されている、請求項３に記載された形状記憶フォーム。
5. 前記フィルムは、ポリウレタンフィルムからなる、請求項１から４までの何れか一項に記載された形状記憶フォーム。
6. 請求項１から５に記載された形状記憶フォームが、ワークを配置する領域に少なくとも１つ設置されたワーク載置台。
7. 前記形状記憶フォームの流通口に接続された配管と、
   前記配管を通じて温度調整媒体を供給する媒体供給装置と
   をさらに備えた、請求項６に記載されたワーク載置台。
8. 形状記憶フォームを用意する第１工程と、
   前記形状記憶フォームをワークに沿わせて整形する第２工程と
   を含み、
   ここで、前記第１工程で用意される形状記憶フォームは、
   温度に依存して形状を記憶する機能を有する、多孔質の形状記憶ポリマーと、
   前記形状記憶ポリマーに密着した状態で前記形状記憶ポリマーを覆った、気密性と伸縮性とを有するフィルムと、
   前記フィルムに設けられ、前記形状記憶ポリマーが覆われた空間に開口した少なくとも１つの流通口と
   を備えており、
   前記第２工程は、
   前記形状記憶フォームの前記流通口に、前記形状記憶ポリマーの可逆相のみが溶融する温度Ｔ２と固定相が溶融する温度Ｔｆとの間の温度Ｔ２Ａに調整された温度調整媒体が供給されることと、
   前記形状記憶フォームにワークが押し付けられることと、
   前記形状記憶フォームの前記流通口に、固定相が溶融せず、可逆相のみが溶融する温度Ｔ２よりも低い温度Ｔ２Ｂに調整された温度調整媒体が供給されることと
   を含む、
   形状記憶フォームの整形方法。
9. 前記第２工程は、前記形状記憶フォームにワークを押し付ける力が強められたり、弱められたりすることが繰り返される、請求項８に記載された形状記憶フォームの整形方法。

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