JP6062472B2 - Core material, structure - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、繊維を用いたコア材、並びに、このコア材を含む構造体に関する。 Embodiments of the present invention relate to a core material using fibers and a structure including the core material.
従来より、繊維を用いたコア材が考えられている。この種のコア材を構成する繊維としては、例えば特許文献1に開示されているような高分子材料からなる微細な繊維が考えられる。しかしながら、繊維を用いたコア材は、その構造上、強度が弱いという課題がある。 Conventionally, a core material using fibers has been considered. As a fiber constituting this kind of core material, for example, a fine fiber made of a polymer material as disclosed in Patent Document 1 can be considered. However, the core material using fibers has a problem that strength is weak due to its structure.
本実施形態は、繊維を用いたコア材に関し、その強度の向上を図ることができるコア材、並びに、このコア材を構成する構造体を提供する。 The present embodiment relates to a core material using fibers, and provides a core material that can be improved in strength and a structure that constitutes the core material.
本実施形態に係るコア材は、芯材と繊維とを含むコア材であって、前記繊維内に前記芯材を備える。前記芯材は、複数の梁部がラティス状に接続された構成である。 The core material which concerns on this embodiment is a core material containing a core material and a fiber , Comprising: The said core material is provided in the said fiber . The core material has a configuration in which a plurality of beam portions are connected in a lattice shape.
以下、一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に例示する構造体10は、その主体部を構成するコア材11を表面形成材12内に収容した構成である。コア材11は、繊維13と芯材14を備える。表面形成材12は、構造体10の表面部を構成する。この場合、繊維13は、不織布状の繊維シートを構成している。そして、構造体10は、複数層の繊維13と複数層の芯材14を備える。そして、構造体10は、複数層の繊維13と複数層の芯材14とを1層ずつ交互に積層した構成となっている。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. A
表面形成材12は、金属材料、有機材料、無機材料の何れか、または、その組み合わせからなるシート材で構成されている。この場合、表面形成材12は、繊維13および芯材14からなるコア材11を収容可能な袋状に構成されている。表面形成材12内において、芯材14は繊維13により覆われる。なお、表面形成材12は、コア材11の全体を覆うのではなく、コア材11の一部を覆う構成としてもよい。
The
繊維13は、ランダムに絡み合った樹脂繊維で形成されている。この場合、繊維13は、エレクトロスピニング法で成形されている。エレクトロスピニング法で生成された繊維13は、外径が0.1nm〜10μm程度となる細い繊維となり、且つ、長さが外径の例えば1000倍以上となる長い繊維となる。また、エレクトロスピニング法で生成された繊維13は、全体的に直線状ではなく、ランダムに湾曲した縮れ形状をなす。そのため、繊維同士の絡み合いが多くなる。
The
この場合、繊維13は、ガラスよりも密度の小さな有機系のポリマーで形成されている。繊維13をガラスよりも密度の小さなポリマーで形成することにより繊維13の軽量化を図ることができる。繊維13は、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリサルファン、ポリエーテルサルファン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、ポリフェノール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂やこれらを含む共重合体などから選択される1種類、または2種類以上のポリマーの混紡によって形成することができる。
In this case, the
繊維13をエレクトロスピニング法で形成する場合、上記ポリマーを溶液化する。溶媒としては、例えば、イソプロパノール、エチレングリコール、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンなどの揮発性の有機溶剤や水を用いることができる。また、溶媒としては上記溶媒より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもよい。なお、本実施形態に適用可能な溶媒は、上記溶媒に限定されるものではない。上記溶媒は、あくまでも例示である。
When the
繊維13をエレクトロスピニング法で形成する場合、繊維同士の絡み合いを多くすることができるから、紡糸すると同時に、不織布状の繊維シートを形成することが可能である。また、繊維13をエレクトロスピニング法で形成することによりマイクロオーダからナノオーダの繊維径を得ることができるから、1枚あたりの繊維シートの厚みを非常に薄くすることが可能である。
When the
なお、繊維13の繊維径は約5μm以下とすることが好ましく、さらに好ましくは1μm以下、つまりナノオーダの繊維径とすることが好ましい。また、繊維13は、例えばケイ素酸化物、金属の水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩など各種の無機フィラーを添加してもよい。添加する無機フィラーとしては、例えば、ウォラスナイト、チタン酸カリウム、ゾノトライト、石膏繊維、アルミニウムポレート、MOS(塩基性硫酸マグネシウム)、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、タルク、マイカ、ガラスフレークなどが考えられる。
The fiber diameter of the
図2に例示するように、芯材14は、複数の梁部21が三次元格子状に接続されて多数の孔部を形成する構造、いわゆるラティス構造を有する。芯材14は、例えばアクリル系の樹脂材料で構成されるものであり、大気圧に耐え得る強度を有する。なお、芯材14は、例えば、金属材料や無機材料で構成してもよい。
As illustrated in FIG. 2, the
この芯材14は、図3に例示する芯材ブロック22を一単位として、これら芯材ブロック22を空間的に一体的に接続した構成であり、全体として板状をなす部材となっている。図2に例示するように、このように板状に構成される芯材14には、その板厚方向の両端に積層面14aが形成される。構造体10は、このような板状の芯材14に形成される積層面14aに、繊維シートとして構成されている繊維13が積層された構成となっている。
The
図3に例示するように、芯材ブロック22は、その中心に設けられる共通部22aから8本の梁部21が突出した形状となっている。梁部21は、その長手方向に直交する断面が円形状となっている。そして、各梁部21間の間隔、換言すれば隣り合う2つの梁部21がなす角度は、何れも同じ大きさとなっている。このように構成される芯材14において、梁部21は、何れも芯材14の積層面14aの法線方向Nに対して傾いている。芯材14の積層面14aに対する繊維13の積層方向は、当該積層面14aの法線方向Nに一致する。従って、法線方向Nに対して傾いた状態となっている梁部21は、何れも、繊維13の積層方向には延びておらず、積層方向に対して傾いた状態となっている。
As illustrated in FIG. 3, the
また、芯材14は、梁部21間に孔部を形成しており、この孔部の寸法Daが1.0mm以上となっている。また、図4に例示すように、板状の芯材14の8つの隅部14bは、何れも円弧状となっている。芯材14の隅部14bを円弧状にすることで、当該芯材14の隅部14bが表面形成材12に与える力を緩和することができる。従って、表面形成材12により構造体10全体の構造をより安定して保持することができる。
Moreover, the
図5は、芯材14を構成する芯材ブロックの変形例を示している。即ち、この変形例に係る芯材ブロック32は、その中心に設けられる共通部32aから8本の梁部31が突出した形状となっている。これら梁部31は、その長手方向に直交する断面がアルファベットの「H」状となる形状である。このような断面H状の構造は、断面二次モーメントが高く、梁部31の曲げに対する強度が向上する。
FIG. 5 shows a modification of the core material block constituting the
さらに、図6に提示するように、芯材14を構成する梁部としては、例えば、長手方向に直交する断面がアルファベットの「H」状となる梁部31のほか、長手方向に直交する断面が楕円状となる梁部41、長手方向に直交する断面が菱形状となる梁部51、長手方向に直交する断面が三角形状となる梁部61など、種々の断面形状を有する梁部が考えられる。何れの梁部31,41,51,61の断面も、繊維シートである繊維13の積層方向に対し傾斜する方向に沿う寸法Dbが当該積層方向に直交する方向に沿う寸法Dcよりも長くなっている。
Furthermore, as shown in FIG. 6, as the beam portion constituting the
例えば、コア材11を収容した表面形成材12内を減圧する際には、繊維13がその積層方向に沿って圧縮される傾向が強く、従って、芯材14にも繊維13の積層方向に沿う圧縮力が加わりやすい。そのため、梁部31,41,51,61の断面を、積層方向に対し傾斜する方向に沿う寸法Dbの方が寸法Dcよりも長くなるように構成することで、積層方向に加わる圧縮力に対する梁部31,41,51,61の強度、ひいては芯材14の強度を向上することができる。
For example, when the inside of the
なお、何れの梁部31,41,51,61の断面も、繊維13の積層方向に直交する方向に沿う寸法であって、且つ、断面の重心Pを通る部位の寸法Ddが0.1mm以上とすることが好ましい。即ち、梁部31,41,51,61の少なくとも一部を0.1mm以上とすることで、梁部31,41,51,61の強度が弱まり過ぎてしまうことを回避することができる。
In addition, the cross section of any
本実施形態によれば、繊維13により構成されるコア材11に関し、そのコア材11内に、いわゆるラティス構造を有する芯材14を設けた。このようラティス構造を有する芯材14を備えたことにより、コア材11全体の強度の向上を図ることができ、ひいては、そのコア材11を含む構造体10全体の強度の向上を図ることができる。
According to the present embodiment, the
次に、構造体10全体の構成に係る変形例について説明する。図7に例示する構造体20は、繊維13と芯材14とを1層ずつ交互に積層する構成ではなく、構造体20の板厚方向の中央に芯材14を配置し、その芯材14の両積層面14aに、それぞれ複数層の繊維13を積層した構成である。この構成によっても、ラティス構造を有する芯材14により、コア材、ひいては構造体20全体の強度の向上を図ることができる。また、表面形成材12と板厚方向中央の芯材14との間に多数の繊維13が介在しているので、芯材14の外形により表面形成材12の表面に凹凸が現れてしまうことを抑えることができる。
Next, a modified example relating to the
また、図8に例示する構造体30は、粗さが異なる複数種類の芯材34A,34Bを備える構成である。この場合、芯材34Bを構成する単位ブロックのサイズは、芯材34Aを構成する単位ブロックのサイズよりも小さくなっている。従って、芯材34Bの梁部間に形成される孔部は、芯材34Aに形成される孔部よりも小さく、また、芯材34Bの孔部は、芯材34Aの孔部よりも多くなっている。換言すれば、芯材34Bは芯材34Aよりも細かいラティス構造となっており、逆に、芯材34Aは芯材34Bよりも粗いラティス構造となっている。
Further, the
そして、この場合、構造体30の板厚方向の中央に、比較的粗いラティス構造の芯材34Aを配置し、その芯材34Aと表面形成材12との間に、比較的細かいラティス構造の芯材34Bを配置している。なお、芯材34A,34B間および芯材34Bと表面形成材12との間には、1層以上の繊維13が介在されている。この構成によっても、芯材34A,34Bにより、コア材、ひいては構造体30全体の強度の向上を図ることができる。また、比較的細かいラティス構造の芯材34Bを、比較的粗いラティス構造の芯材3Aよりも外側、つまり表面形成材12側に配置している。そのため、比較的粗いラティス構造の芯材34Aに起因する凹凸が表面に現れにくく、従って、表面形成材12の表面に凹凸が現れてしまうことを抑えることができる。
In this case, a
また、図9に例示する構造体40は、板状ではなく円筒状の構造体である。この構造体40は、円筒袋状の表面形成材12内に、円筒状に構成された繊維シートからなる繊維13および円筒状の芯材44を収容している。この芯材44は、複数の梁部がラティス状に接続されたいわゆるラティス構造を有している。そして、構造体40は、複数層の繊維13と複数層の芯材44とを1層ずつ交互に積層した構成となっている。この構成によっても、芯材44により、コア材、ひいては構造体40全体の強度の向上を図ることができる。
Moreover, the
本実施形態に係るコア材は、繊維により構成されるコア材であって、その内部に芯材を備える。この芯材は、複数の梁部がラティス状に接続された構成である。この構成によれば、繊維を用いたコア材に関し、その強度の向上を図ることができる。また、このコア材を備える構造体によれば、その強度の向上を図ることができる。 The core material which concerns on this embodiment is a core material comprised with a fiber, Comprising: A core material is provided in the inside. This core material has a configuration in which a plurality of beam portions are connected in a lattice shape. According to this configuration, the strength of the core material using fibers can be improved. Moreover, according to the structure provided with this core material, the strength can be improved.
本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 This embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば図10に示すように、芯材53は、複数の梁部51をジグザグ状に接続した構造であってもよい。即ち、上述したラティス構造を有する芯材14を板厚方向の中央で分割した構造としてもよい。また、芯材の材質は適宜変更して実施することができる。また、芯材の形状は、いわゆるラティス構造あるいはラティス構造の一部を有する構造であれば、適宜変更して実施することができる。
For example, as shown in FIG. 10, the
また、繊維は、樹脂繊維ではなく、ガラス繊維であってもよいし、有機物を含む材料からなるファイバであってもよい。繊維を、有機物を含むファイバで構成する場合、その有機物は生体由来の有機物であってもよい。また、繊維は、板状の芯材14の6面全てを覆うように設けてもよい。また、構造体は、コア材11を収容した表面形成材12内を減圧したものであってもよい。
Further, the fiber may be a glass fiber instead of a resin fiber, or a fiber made of a material containing an organic substance. When the fiber is composed of a fiber containing an organic substance, the organic substance may be an organic substance derived from a living body. Moreover, you may provide a fiber so that all the 6 surfaces of the plate-shaped
本実施形態に係る構造体は、様々な用途に用いることができ、例えば、人工関節、フィルタ、枕、貴重品用梱包材、ベッドなどに使用することができる。また、例えば自動車、新幹線、飛行機に搭載されるシートや、チャイルドシートなどといったシート類にも使用することができる。本実施形態に係る構造体を、例えば人工関節に使用する場合には、構造体は、湿潤のための空間を設けるための部材として好適である。また、本実施形態に係る構造体は、空気中で使用できるほか、液体中でも使用できる。また、相互に環境が異なるものの間にセパレータとして使用することも可能である。 The structure according to this embodiment can be used for various applications, for example, an artificial joint, a filter, a pillow, a packing material for valuables, a bed, and the like. Moreover, it can also be used for seats such as seats mounted on automobiles, bullet trains, airplanes, and child seats. When the structure according to the present embodiment is used for an artificial joint, for example, the structure is suitable as a member for providing a space for wetting. Moreover, the structure according to the present embodiment can be used in air as well as in liquid. It can also be used as a separator between those having different environments.
図面中、10,20,30,40は構造体、11はコア材、12,41は表面形成材、13,43は繊維、14,34A,34B,44は芯材、21,31,41,51,61は梁部を示す。
In the drawings, 10, 20, 30, 40 are structures, 11 is a core material, 12, 41 are surface forming materials, 13, 43 are fibers, 14, 34A, 34B, 44 are core materials, 21, 31, 41,
Claims (8)
前記繊維内に前記芯材を備え、
前記芯材は、複数の梁部がラティス状に接続された構成であるコア材。 A core material including a core material and fibers ,
Comprising the core material into said fiber,
The core material is a core material in which a plurality of beam portions are connected in a lattice shape.
前記繊維は、繊維シートを構成し、
前記芯材に前記繊維シートが芯材の法線方向に積層されており、
前記梁部の長手方向に直交する断面は、前記繊維シートの積層方向に対し傾斜する方向に沿う寸法が当該積層方向に直交する方向に沿う寸法よりも長い請求項1または2に記載のコア材。 The core material has a plate shape as a whole,
The fiber constitutes a fiber sheet,
The fiber sheet is laminated to the core material in the normal direction of the core material,
Cross-section, the core material according to the long claim 1 or 2 than the dimension along the direction dimension along the direction perpendicular to the stacking direction against tilting in the stacking direction of the fiber sheet which is orthogonal to the longitudinal direction of the beam portion .
各芯材を構成する前記梁部の長さまたは太さが異なっている請求項1から6の何れか1項に記載のコア材。 A plurality of the core materials are provided,
The core material according to any one of claims 1 to 6, wherein lengths or thicknesses of the beam portions constituting each core material are different.
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