JP7335897B2 - 多孔質構造体、多孔質構造体の製造方法、及び、座席シート用のクッション材 - Google Patents
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Description
本願は、2018年12月3日に、日本に出願された特願2018-226819号に基づく優先権を主張するものであり、その内容の全文をここに援用する。
可撓性のある樹脂又はゴムから構成された、多孔質構造体であって、
複数のセル孔を区画する、骨格部と、
前記骨格部の外側の少なくとも一部に、前記複数のセル孔の少なくとも一部を塞ぐように前記骨格部と一体に形成され、外側の少なくとも一部が面とされた、表皮部と、
を備える。
3Dプリンタを用いて、上述の多孔質構造体を製造するものである。
シート本体と、
前記シート本体に形成された穴部に装填されており、前記表皮部の前記面の少なくとも一部が前記シート本体と接着されている、3Dプリンタを用いて造形されたものである、上述の多孔質構造体と、
を備える。
各図において共通する構成要素には同一の符号を付している。
また、図1~図11、図13~図15では、多孔質構造体の向きを理解しやすくするために、多孔質構造体に固定されたXYZ直交座標系の向きを表示している。
図1は、本実施形態に係る多孔質構造体1の外観斜視図である。図2~図5では、図1に示す多孔質構造体1のうち、直方体に切断された一部分を、それぞれ別々の角度から観ている。図2は、多孔質構造体1の当該部分における、ある1つの面を平面視しており、すなわち、多孔質構造体1の当該部分を、図3~図5のC矢印の方向(-X方向)から観ている。図3は、多孔質構造体1の当該部分における、図2での右側の面を平面視しており、すなわち、多孔質構造体1の当該部分を、図2、図4、図5のA矢印の方向(-Y方向)から観ている。図4は、多孔質構造体1の当該部分における、図2と同じ面を斜め上から観ており、すなわち、多孔質構造体1の当該部分を、図2、図3、図5のD矢印の方向から観ている。図5は、多孔質構造体1の当該部分における、図2及び図4とは逆側の面を斜め上から観ており、すなわち、多孔質構造体1の当該部分を、図3、図4のB矢印の方向から観ている。
図1に示す例では、多孔質構造体1の立体形状は、直方体である。しかし、多孔質構造体1の立体形状は、直方体に限られず、球体等の任意の形状であってよい。
多孔質構造体1は、可撓性のある樹脂又はゴムから構成されている。また、多孔質構造体1は、多孔質構造体1の骨格をなす骨格部2と、骨格部2によって区画された多数のセル孔Cと、骨格部2の外側の少なくとも一部に、複数のセル孔の少なくとも一部を塞ぐように、骨格部2と一体に形成され、外側の少なくとも一部が面とされた表皮部6と、を備えている。
ここで、「可撓性のある樹脂」とは、外力が加わると変形することができる樹脂を指しており、例えば、エラストマー系の樹脂が好適であり、ポリウレタンがより好適であり、軟質ポリウレタンがさらに好適である。ゴムとしては、天然ゴム又は合成ゴムが挙げられる。多孔質構造体1は、可撓性のある樹脂又はゴムから構成されているので、外力の付加・解除に応じた圧縮・復元変形が可能であり、クッション性を有することができる。
なお、3Dプリンタによる製造のし易さの観点からは、多孔質構造体1は、可撓性のある樹脂から構成されている場合のほうが、ゴムから構成されている場合よりも、好適である。
なお、多孔質構造体1を3Dプリンタを用いて製造する場合は、多孔質構造体1を構成する材料として、光硬化性ポリウレタン(特に紫外線硬化性ポリウレタン)を原料とする樹脂を使用することができる。光硬化性ポリウレタン(特に紫外線硬化性ポリウレタン)としては、ウレタンアクリレートもしくはウレタンメタクリレートを原料とする樹脂を使用することができる。このような樹脂としては、例えばUS4337130に記載されたものが挙げられる。
本例のように、多孔質構造体1の各単位部Uの外縁(外輪郭)が立方体をなす場合、X-Y-Zそれぞれの方向に等しい機械特性を得ることが可能になる。
なお、単位部Uの外縁(外輪郭)は、立方体以外の直方体、あるいは、その他の形状をなしていてもよい。また、多孔質構造体1を構成する各単位部Uの構成及び/又は寸法は、完全に同一でなくてもよく、個々に少しずつ異なっていてもよい。多孔質構造体1の各単位部Uの外縁(外輪郭)が立方体以外の直方体をなす場合、多孔質構造体1の機能として、意図的な異方性を得ることが可能になる。例えば、多孔質構造体1を車両用シートパッドに適用する場合、各単位部Uの外縁(外輪郭)を立方体以外の直方体とすることで、例えばZ方向(人が座る方向)には柔らかくして乗り心地を向上させること可能になる。
図7、図8、図10には、多孔質構造体1の一部分に、骨格部2の骨格線Oを示している。骨格部2の骨格線Oは、各骨部2Bの骨格線Oと、各結合部2Jの骨格線Oと、からなる。骨部2Bの骨格線Oは、骨部2Bの中心軸線であり、後述の骨一定部2B1の中心軸線と骨変化部2B2の中心軸線とからなる。結合部2Jの骨格線Oは、当該結合部2Jに結合された各骨部2Bの中心軸線をそれぞれ当該結合部2J内へ滑らかに延長させて互いに連結させてなる、延長線部分である。骨部2Bの中心軸線は、骨部2Bの延在方向の各点における、骨部2Bの延在方向に垂直な断面において骨部2Bのなす形状の重心点どうしを、結んでなる線である。
骨部2Bの延在方向は、骨部2Bの骨格線O(骨格線Oのうち、骨部2Bに対応する部分。以下同じ。)の延在方向である。
多孔質構造体1は、そのほぼ全体にわたって骨格部2を備えているので、通気性を確保しつつ、外力の付加・解除に応じた圧縮・復元変形が可能であるので、クッション材としての特性が良好になる。また、多孔質構造体1の構造がシンプルになり、3Dプリンタによる造形がしやすくなる。
なお、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち、一部又は全部の骨部2Bが、湾曲しながら延在してもよい。この場合、一部又は全部の骨部2Bが湾曲していることで、荷重の入力時において、骨部2Bひいては多孔質構造体1の急激な形状変化を防ぎ、局所的な座屈を抑制することができる。
また、各図面においては、骨格部2の各エッジ部分(互いに隣接する一対の面どうしが突き合う、辺部分)が角張っているが、骨格部2の各エッジ部分は、滑らかに湾曲していてもよい。
図12は、本例の骨部2Bを、単独で示している。図12(a)は骨部2Bに外力が加わっていない自然状態を示しており、図12(b)は骨部2Bに外力が加わった状態を示している。図12には、骨部2Bの中心軸線(骨格線O)を示している。
図12(a)に示すように、各骨部2Bは、それぞれ、断面積を一定に保ちつつ延在する、骨一定部2B1と、骨一定部2B1の延在方向の両側において、断面積を徐々に変化させつつ、骨一定部2B1から結合部2Jまで延在する、一対の骨変化部2B2と、から構成されている。本例において、各骨変化部2B2は、断面積を徐々に増大させつつ、骨一定部2B1から結合部2Jまで延在している。なお、本例に限らず、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていても、同様の効果が得られる。また、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部又は全部の骨部2Bは、それぞれ、骨一定部2B1の一方側の端部のみに骨変化部2B2を有し、骨一定部2B1の他方側の端部が直接結合部2Jに結合されていてもよく、その場合も、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
ここで、骨一定部2B1及び骨変化部2B2の断面積は、それぞれ、骨一定部2B1及び骨変化部2B2の骨格線Oに垂直な断面の断面積を指す。
本例では、多孔質構造体1を構成する各骨部2Bが、骨一定部2B1と骨変化部2B2とからなり、骨変化部2B2が、骨一定部2B1から結合部2Jに向かうにつれて断面積が徐々に増大するので、骨部2Bが、骨一定部2B1と骨変化部2B2との境界の近傍部分で、骨一定部2B1に向かって細くなるようにくびれた形状をなしている。そのため、外力が加わる際に、骨部2Bが、そのくびれた部分や骨一定部2B1の中間部分で座屈変形しやすくなり、ひいては、多孔質構造体1が圧縮変形しやすくなる。これにより、化学反応によって発泡させる工程を経て製造された一般的なポリウレタンフォームと同等の挙動及び特性が得られる。また、これにより、多孔質構造体1の表面のタッチ感がより柔らかくなる。例えば、多孔質構造体1を座席シート用のクッション材(車両用シートパッド等)として用いる場合、着座する際の、特に着座し始めのタイミングで、着座者に、より柔らかい感触を与えるようになる。このような柔らかい感触は、一般的に、広く好まれるものであり、また、高級車のシートパッドの着座者(例えば運転手付きで後部座席に人を乗せる場合、後部座席に座る着座者)に好まれるものである。
0.15≦A0/A1≦2.0
を満たしていると、好適である。また、比A0/A1は、
0.5≦A0/A1≦2.0
を満たしていると、さらに好適である。これにより、多孔質構造体1の表面のタッチ感を、座席シート用のクッション材の特性として、柔らかすぎず、硬すぎず、ほどよい硬さにすることができる。例えば、多孔質構造体1を座席シート用のクッション材(シートパッド等)として用いる場合、着座する際の、特に着座し始めのタイミングで、着座者に、ほどよい硬さの感触を与えるようになる。比A0/A1が小さいほど、多孔質構造体1の表面のタッチ感が、より柔らかくなる。比A0/A1が0.15未満である場合は、多孔質構造体1の表面のタッチ感が柔らかくなりすぎて、クッション材の特性として好ましくなくなるおそれがある。比A0/A1が2.0超である場合は、多孔質構造体1の表面のタッチ感が硬くなりすぎて、クッション材の特性として好ましくなくなるおそれがある。
より具体的に、本例では、骨部2Bが骨一定部2B1とその両側に連続する一対の骨変化部2B2とを有しており、各骨変化部2B2が、それぞれ、断面積を徐々に増大させつつ、骨一定部2B1から結合部2Jまで延在しており、比A0/A1が1.0未満である。これにより、多孔質構造体1の表面のタッチ感を、クッション材の特性として、また特に座席シート用のクッション材の特性として、比較的柔らかくすることができる。このような柔らかい感触は、一般的に、広く好まれるものであり、また、高級車のシートパッドの着座者(例えば運転手付きで後部座席に人を乗せる場合、後部座席に座る着座者)に好まれるものである。
なお、骨格部2を構成する各骨部2Bがこの構成を満たしていてもよいし、あるいは、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていてもよく、いずれの場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
そして、骨変化部2B2が、断面積を徐々に減少させつつ、骨一定部2B1から結合部2Jまで延在している場合、比A0/A1は、1.0超となる。
なお、骨格部2を構成する各骨部2Bがこの構成を満たしていてもよいし、あるいは、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていてもよく、いずれの場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
この場合、比A0/A1は、1.0となる。
なお、骨格部2を構成する各骨部2Bがこの構成を満たしていてもよいし、あるいは、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていてもよく、いずれの場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
なお、結合部2Jの断面積は、結合部2Jの骨格線Oに垂直な断面の断面積を指す。
なお、本例に限らず、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
なお、骨一定部2B1、骨変化部2B2、結合部2Jの幅は、それぞれ、骨一定部2B1、骨変化部2B2、結合部2Jの骨格線Oに垂直な断面に沿って測ったときの、当該断面における最大幅を指す。結合部2Jの骨格線Oは、骨格線Oのうち、結合部2Jに対応する部分である。図12(a)には、参考のため、骨一定部2B1の幅W0と、骨変化部2B2の幅W1とを、示している。
なお、本例に限らず、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
一方、多孔質構造体1の外縁(外輪郭)形状の精度を向上させる観点や、セル孔C間の隙間(間隔)を小さくする観点や、クッション材としての特性を良好にする観点からは、骨一定部2B1の幅W0(図12)は、0.05mm以上2.0mm以下であると好適である。
なお、骨格部2を構成する各骨部2Bがこの構成を満たしていると好適であるが、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
これによっても、外力が加わる際に、骨部2Bが、骨一定部2B1と骨変化部2B2との境界近傍におけるくびれた部分で、座屈変形しやすくなり、ひいては、多孔質構造体1が圧縮変形しやすくなる。これにより、多孔質構造体1の表面のタッチ感がより柔らかくなる。
ここで、骨変化部2B2の延在方向は、骨変化部2B2の中心軸線(骨格線O)の延在方向である。また、骨変化部2B2の傾斜面2B23の幅W2は、骨変化部2B2の骨格線Oに垂直な断面に沿って測ったときの、傾斜面2B23の幅を指す。
なお、本例に限らず、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
これにより、多孔質構造体1の構造がシンプルになり、3Dプリンタによる造形がしやすくなる。また、化学反応によって発泡させる工程を経て製造された一般的なポリウレタンフォームでの機械特性を再現しやすい。また、このように骨部2Bを柱状に構成することにより、仮に骨部2Bを薄い膜状の部分に置き換えた場合に比べて、多孔質構造体1の耐久性を向上できる。
なお、骨一定部2B1、骨変化部2B2の断面形状は、それぞれ、骨一定部2B1、骨変化部2B2の中心軸線(骨格線O)に垂直な断面における形状である。
なお、本例に限らず、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち一部の骨部2Bのみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
また、骨格部2を構成する各骨部2Bのうち全部又は一部の骨部2Bにおいて、骨一定部2B1と骨変化部2B2は、それぞれの断面形状が、正三角形以外の多角形(正三角形以外の三角形、四角形等)でもよいし、あるいは、円形(真円形、楕円形等)でもよく、その場合でも、本例と同様の効果が得られる。また、骨一定部2B1と骨変化部2B2は、それぞれの断面形状が互いに異なるものでもよい。
ここで、「多孔質構造体1の体積VS」とは、多孔質構造体1の外縁(外輪郭)によって囲まれた内部空間の全体(骨格部2の占める体積と、後述の膜3が設けられる場合は膜3の占める体積と、空隙の占める体積との合計)の体積を指している。
多孔質構造体1を構成する材料を同じとして考えたとき、多孔質構造体1の体積VSのうち、骨格部2の占める体積VBの割合が高いほど、多孔質構造体1は硬くなる。また、多孔質構造体1の体積VSのうち、骨格部2の占める体積VBの割合が低いほど、多孔質構造体1は柔らかくなる。
多孔質構造体1に外力が付加されたときに多孔質構造体1に生じる反力、ひいては、多孔質構造体1の硬さを、座席シート用のクッション材として、良好なものにする観点からは、多孔質構造体1の体積VSのうち、骨格部2の占める体積VBの割合が、4~8%であると、より好適である。
なお、多孔質構造体1の体積VSのうち、骨格部2の占める体積VBの割合を調整する方法としては、任意の方法を用いてよいが、例えば、多孔質構造体1の各単位部Uの寸法を変えずに、骨格部2を構成する一部又は全部の骨部2Bの太さ(断面積)、及び/又は、骨格部2を構成する一部又は全部の結合部Jの大きさ(断面積)を、調整する方法が挙げられる。
その一例として、図14に示す第2変形例では、点線で示すように、骨格部2を構成する各骨部2Bの太さ(断面積)、及び、骨格部2を構成する各結合部Jの大きさ(断面積)を、実線で示す多孔質構造体1(図9の例)よりも増大させることにより、多孔質構造体1の体積VSのうち、骨格部2の占める体積VBの割合を増大させている。
多孔質構造体1が車両用シートパッドに利用される場合、多孔質構造体1の25%硬度は、60~500Nが好適であり、100~450Nがより好適である。ここで、多孔質構造体1の25%硬度(N)は、インストロン型圧縮試験機を用いて、23℃、相対湿度50%の環境にて、多孔質構造体を25%圧縮するのに要する荷重(N)を測定して得られる測定値であるものとする。
本例のように、多孔質構造体1の一部又は全部(本例では、全部)のセル孔Cの形状を略多面体とすることにより、多孔質構造体1を構成するセル孔C間の隙間(間隔)をより小さくすることが可能になり、より多くのセル孔Cを多孔質構造体1の内部に形成することができる。また、これにより、外力の付加・解除に応じた多孔質構造体1の圧縮・復元変形の挙動が、座席シート用のクッション材として、より良好になる。
セル孔Cのなす多面体形状としては、本例に限らず、任意のものが可能である。例えば、第1セル孔C1の形状を略4面体、略8面体又は略12面体とした場合も、セル孔C間の隙間(間隔)を小さくする観点から好適である。また、多孔質構造体1の一部又は全部のセル孔Cの形状が、略多面体以外の立体形状(例えば、球、楕円体、円柱等)でもよい。また、多孔質構造体1は、1種類のセル孔Cのみ(例えば、第1セル孔C1のみ)を有していてもよいし、あるいは、3種類以上のセル孔Cを有していてもよい。なお、本例のように、第1セル孔C1の形状を略ケルビン14面体(切頂8面体)とした場合は、他の形状に比べて、化学反応によって発泡させる工程を経て製造された一般的なポリウレタンフォームと同等のクッション材の特性を、最も再現し易い。
ただし、本例に限らず、多孔質構造体1の各セル孔Cは、それぞれ、任意の数の単位部Uから構成されてもよいし、また、各単位部Uは、それぞれ、任意の数のセル孔Cを構成してもよい。
図2、図3、図6、図8~図11に示すように、各第1セル区画部21は、それぞれ、複数(本例では、14つ)の第1環状部211を有している。各第1環状部211は、それぞれ、環状に構成されており、それぞれの環状の内周側縁部2111によって、平坦な第1仮想面V1を区画している。第1仮想面V1は、第1環状部211の内周側縁部2111によって区画された、仮想平面(すなわち、仮想閉平面)である。第1セル区画部21を構成する複数の第1環状部211は、それぞれの内周側縁部2111によって区画する第1仮想面V1どうしが交差しないように互いに連結されている。
第1セル孔C1は、第1セル区画部21を構成する複数の第1環状部211と、これら複数の第1環状部211がそれぞれ区画する複数の第1仮想面V1とによって、区画されている。概略的に言えば、第1環状部211は、第1セル孔C1のなす立体形状の辺を区画する部分であり、第1仮想面V1は、第1セル孔C1のなす立体形状の構成面を区画する部分である。
各第1環状部211は、それぞれ、複数の骨部2Bと、これらの複数の骨部2Bの端部2Beどうしを結合する複数の結合部2Jと、から構成されている。
互いに連結された一対の第1環状部211どうしの連結部分は、これら一対の第1環状部211に共有される、1つの骨部2Bと、その両側の一対の結合部2Jと、から構成されている。
これにより、仮に、第1環状部211が、当該第1環状部211に隣接する一対の第1セル区画部21(すなわち、当該第1環状部211を間に挟んだ一対の第1セル区画部21)によって共有されておらず、すなわち、当該一対の第1セル区画部21が互いから独立して構成されており、それぞれの第1環状部211が互いに隣接又は互いから離間して形成されている場合や、それぞれの第1環状部211の間にリブ等が介在している場合に比べて、第1セル孔C1どうしの間の隙間(間隔)(ひいては、第1セル孔C1どうしの間の骨格部2の肉部分)を小さくすることができるので、多孔質構造体1のクッション材(特にはシートパッド、さらに特には車両用シートパッド)としての特性を向上できる。よって、3Dプリンタによって、クッション性のある多孔質構造体1を容易に製造することができる。
なお、骨格部2を構成する各第1環状部211がこの構成を満たしていると好適であるが、骨格部2を構成する各第1環状部211のうち一部の第1環状部211のみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
同様の観点から、本明細書で説明する各例において、互いに隣接する一対の第1セル区画部21の骨格線Oどうしは、当該一対の第1セル区画部21によって共有される第1環状部211において、一致していると、好適である。
これにより、仮に、第1仮想面V1が、当該第1仮想面V1に隣接する一対の第1セル孔C1(すなわち、当該第1仮想面V1を間に挟んだ一対の第1セル孔C1)によって共有されておらず、すなわち、当該一対の第1セル孔C1の第1仮想面V1が互いから離間した位置にある場合に比べて、第1セル孔C1どうしの間の隙間(間隔)を小さくすることができるので、多孔質構造体1のクッション材としての特性を向上できる。
なお、骨格部2を構成する各第1仮想面V1がこの構成を満たしていると好適であるが、骨格部2を構成する各第1仮想面V1のうち一部の第1仮想面V1のみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
これにより、多孔質構造体のクッション材としての特性がより良好になる。
同様の観点から、本明細書で説明する各例においては、各図の例のように、互いに隣接する一対の第1セル区画部21の骨格線Oどうしは、当該一対の第1セル区画部21によって共有される第1環状部211において、一致していると、好適である。
また、同様の観点から、本明細書で説明する各例においては、各図の例のように、互いに隣接する一対の第1セル区画部21によって共有される第1環状部211を構成する骨部2Bの断面積(例えば、骨一定部2B1の断面積)が、当該一対の第1セル区画部21のうち前記共有される第1環状部211に隣接する部分を構成する骨部2Bの断面積(例えば、骨一定部2B1の断面積)のそれぞれと、同じであると、好適である。
なお、骨格部2において互いに隣接する一対の第1セル区画部21によって共有される第1環状部211の全てがこの構成を満たしていると好適であるが、骨格部2において互いに隣接する一対の第1セル区画部21によって共有される第1環状部211のうち一部の第1環状部211のみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
これにより、多孔質構造体1のクッション材としての特性がより良好になる。
同様の観点から、本明細書で説明する各例においては、各図の例のように、互いに連結された一対の第1環状部211の骨格線Oどうしは、当該一対の第1環状部211どうしの連結部分において、一致していると、好適である。
また、同様の観点から、本明細書で説明する各例においては、各図の例のように、互いに隣互いに連結された一対の第1環状部211どうしの連結部分を構成する骨部2Bの断面積(例えば、骨一定部2B1の断面積)が、当該一対の第1環状部211のうち前記連結部分に隣接する部分を構成する骨部2Bの断面積(例えば、骨一定部2B1の断面積)のそれぞれと、同じであると、好適である。
なお、骨格部2において互いに連結された一対の第1環状部211どうしの連結部分の全てがこの構成を満たしていると好適であるが、骨格部2において互いに連結された一対の第1環状部211どうしの連結部分のうち一部の連結部分のみが、この構成を満たしていてもよく、その場合でも、程度の差はあり得るものの、同様の効果が得られる。
図8及び図10には、単位部Uのうち、第1セル区画部21を構成する部分の骨格線Oを示している。図8及び図10から判るように、本例において、第1大環状部211Lは、その骨格線Oが正6角形をなしており、それに伴い、第1大仮想面V1Lも、略正6角形をなしている。また、本例において、第1小環状部211Sは、その骨格線Oが正4角形をなしており、それに伴い、第1小仮想面V1Sも、略正4角形をなしている。このように、本例において、第1小仮想面V1Sと第1大仮想面V1Lとは、面積だけでなく、形状も異なる。
各第1大環状部211Lは、それぞれ、複数(本例では、6つ)の骨部2Bと、これらの複数の骨部2Bの端部2Beどうしを結合する複数(本例では、6つ)の結合部2Jと、から構成されている。各第1小環状部211Sは、それぞれ、複数(本例では、4つ)の骨部2Bと、これらの複数の骨部2Bの端部2Beどうしを結合する複数(本例では、4つ)の結合部2Jと、から構成されている。
第1セル区画部21を構成する複数の第1環状部211が、大きさの異なる第1小環状部211Sと第1大環状部211Lとを含むことにより、多孔質構造体1を構成する第1セル孔C1間の隙間(間隔)をより小さくすることが可能になる。また、本例のように、第1小環状部211Sと第1大環状部211Lとの形状が異なる場合、多孔質構造体1を構成する第1セル孔C1間の隙間(間隔)をさらに小さくすることが可能になる。
ただし、第1セル区画部21を構成する複数の第1環状部211は、それぞれ、大きさ及び/又は形状が互いに同じでもよい。第1セル区画部21を構成する各第1環状部211の大きさ及び形状が同じである場合、X-Y-Zそれぞれの方向に等しい機械特性を得ることができる。
なお、多孔質構造体1を構成する各第1仮想面V1のうち、少なくとも1つの第1仮想面V1が、本例のような略正6角形、略正4角形以外の任意の略多角形状、あるいは、略多角形状以外の平面形状(例えば、円(真円、楕円等))をなしてもよい。第1仮想面V1の形状が円(真円、楕円等)である場合は、第1仮想面V1の形状がシンプルになるので、製造性や特性の調整のし易さを向上できるとともに、より均質な機械特性が得られる。例えば、第1仮想面V1の形状が、荷重が掛かる方向に対して略垂直な方向に長い楕円(横長の楕円)である場合は、荷重が掛かる方向に略平行な方向に長い楕円(縦長の楕円)である場合に比べて、当該第1仮想面V1を区画する第1環状部211が、ひいては、多孔質構造体1が、荷重の入力に対して変形し易くなる(柔らかくなる)。
図2、図3、図6~図11(特に図7)に示すように、各第2セル区画部22は、それぞれ、複数(本例では、2つ)の第2環状部222を有している。各第2環状部222は、それぞれ、環状に構成されており、それぞれの環状の内周側縁部2221によって、平坦な第2仮想面V2を区画している。第2仮想面V2は、第2環状部222の内周側縁部2221によって区画された、仮想平面(すなわち、仮想閉平面)である。第2セル区画部22を構成する各第2環状部222は、それぞれの内周側縁部2221によって区画する第2仮想面V2どうしが交差(本例では、直交)するように互いに連結されている。
第2セル孔C2は、第2セル区画部22を構成する各第2環状部のそれぞれの内周側縁部2221と、これらの内周側縁部2221どうしを滑らかに連結する仮想面とによって、区画されている。
図7には、単位部Uのうち、第2セル区画部22を構成する部分の骨格線Oを示している。図7から判るように、本例において、第2セル区画部22を構成する各第2環状部222は、それぞれ、その骨格線Oが正4角形をなしており、それに伴い、第2仮想面V2も、略正4角形をなしている。
各第2環状部222は、それぞれ、複数(本例では、4つ)の骨部2Bと、これらの複数の骨部2Bの端部2Beどうしを結合する複数(本例では、4つ)の結合部2Jと、から構成されている。
本例において、第2セル区画部22を構成する各第2環状部222どうしの連結部分は、各第2環状部222に共有される、2つの結合部Jで構成されている。
また、本例において、第2セル区画部22を構成する各第2仮想面V2の形状及び面積は、互いに同じである。
なお、第2セル区画部22を構成する各第2仮想面V2の形状は、本例に限らず、略正4角形以外の任意の略多角形状、あるいは、略多角形状以外の平面形状(例えば、円(真円、楕円等))をなしてよい。第2仮想面V2の形状が略多角形状あるいは円(真円、楕円等)である場合は、第2仮想面V2の形状がシンプルになるので、製造性や特性の調整のし易さを向上できる。例えば、第2仮想面V2の形状が、荷重が掛かる方向に対して略垂直な方向に長い楕円(横長の楕円)である場合は、荷重が掛かる方向に略平行な方向に長い楕円(縦長の楕円)である場合に比べて、当該第2仮想面V2を区画する第2環状部222が、ひいては、多孔質構造体1が、荷重の入力に対して変形し易くなる(柔らかくなる)。
図7、図10に示すように、本例において、第2セル区画部22を構成する2つの第2環状部222のうちの1つは、第1環状部211(より具体的には、第1小環状部211S)をも構成している。
本例において、各第2仮想面V2は、膜によって覆われておらず、開放されており、すなわち、開口を構成している。このため、第2仮想面V2を通じて、セル孔Cどうし(特に、第1セル孔C1及び第2セル孔C2どうし)が連通され、セル孔C間の通気が、可能にされている。これにより、多孔質構造体1の通気性を向上できるとともに、外力の付加・解除に応じた多孔質構造体1の圧縮・復元変形がし易くなる。
上述したように、多孔質構造体1の立体形状が直方体である場合、多孔質構造体1は、頂面110、底面120及び側面130を備え、表皮部6の面は、頂面110、底面120及び側面130の少なくとも1つに含まれている。
具体的には、表皮部6は、頂面側表皮部61、底面側表皮部62及び側面側表皮部63を含むことができる。
頂面側表皮部61の面は、多孔質構造体1の頂面11を構成している。底面側表皮部62の面は、多孔質構造体1の底面102を構成している。側面側表皮部63は、多孔質構造体1の側面13を構成している。
このように、表皮部6は、骨格部2の外側の少なくとも一部に、複数のセル孔Cの少なくとも一部を塞ぐように形成されているため、多孔質構造体1を他の部材に接着させる際に、表皮部6が構成する面に、他の部材を接着させることができる。このため、多孔質構造体1は、骨格部2の外側で他の部材を接着させる場合に比べて広い面積で他の部材と接着されるため接着性を向上することができる。
具体的には、図1に示すように、頂面側表皮部61と側面側表皮部63とは、それぞれの面が連続するように、連続している。同様に、底面側表皮部62と側面側表皮部63とは、それぞれの面が連続するように、連続している。また、面が互いに直交する2つの側面側表皮部63は、それぞれの面が連続するように、連続している。
このように、頂面110から側面130にわたって連続して形成され、底面から側面にわたって、連続して形成されているため、頂面、側面及び底面のいずれかの端部においても面が途切れることがなく、該端部においても他の部材との接着性を向上することができる。
表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合は8%以上であることが好ましい。表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合は20%以上であると、より好ましい。表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合は100%未満であることが好ましい。表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合は80%で以下であると、より好ましい。表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合は50%で以下であると、さらに好ましい。表皮部6の表面積とは、面の総面積と、貫通孔6Bの総開口の面積と、の総和である。
表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合が8%以上であると、多孔質構造体1が面に塗布された接着剤を介して接着される際の接着力を向上することができる。また、多孔質構造体1が押圧された場合に、平滑部6Aによって受けられる押圧力が大きくなる。そのため、骨格部2における直接、衝撃を受ける部分が少なくなり、骨格部2が破損する可能性が低くなる。これに伴い、多孔質構造体1の耐久性が高くなる。ただし、表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合が8%未満であってもよい。この場合、多孔質構造体1における表皮部6の外側と内側との間での通気性を高くできる。
また、表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合が小さくなると、通気性が低くなり、振動減衰性も低くなる。表皮部6の表面積に対する面の総面積の割合が大きくなると、通気性が高くなり、振動減衰性も高くなる。
通気性を向上させる観点や、3Dプリンタによる製造性の観点等から、貫通孔6Bの直径は、0.5mm以上であると好適であり、1mm以上であるとより好適であり、5mm以上であるとさらに好適である。座席シートの良好な外観を確保する観点や、多孔質構造体1の耐久性を向上させる観点から、貫通孔6Bの直径は、30mm以下であると好適であり、10mm以下であるとより好適である。
また、多孔質構造体1の耐久性を向上させる観点から、貫通孔6Bの直径は、多孔質構造体1の前述のセル孔C(図2)の直径の平均値以下であると好適であり、多孔質構造体1のセル孔Cの直径の平均値未満であるとより好適である。同様の観点から、貫通孔6Bの直径は、多孔質構造体1の前述の第1セル孔C1(図2)の直径以下であると好適であり、多孔質構造体1の第1セル孔C1の直径未満であるとより好適である。
表皮部6の厚さを調整することにより、多孔質構造体1の剛性を調整することができる。表皮部6の厚さが大きくなると、多孔質構造体1の剛性が高くなる。表皮部6の厚さが小さくなると、多孔質構造体1の剛性が低くなる。
上述した各例において、表皮部6は、厚さの最大値(厚さが最大となる位置での厚さ)が0.3~5mmであると、好適であり、1~3mmであるとより好適である。
これにより、3Dプリンタによる製造がし易くなり、また、座席シート用のクッション材300として好ましい特性が得られる。また、表皮部6の耐久性を十分に確保しつつ、座席シートの生産性をさらに向上でき、また、座席シート用のクッション材300の軽量化が可能である。
なお、従来のクッション性を有する多孔質構造体は、上述のように、化学反応によって発泡させる工程を経て製造されていたため、直径が5mm以上のセル孔Cを形成することは容易ではなかった。しかし、本発明の発明者は、多孔質構造体が直径5mm以上のセル孔Cを有する場合でも、クッション材としての特性として従来と同等のものが得られることを、新たに見い出した。そして、多孔質構造体が直径5mm以上のセル孔Cを有するようにすることにより、3Dプリンタによる製造がし易くなるのである。
また、多孔質構造体1が直径5mm以上のセル孔Cを有することにより、多孔質構造体1の通気性や変形し易さを向上しやすくなる。
セル孔Cの直径が大きくなるほど、3Dプリンタを用いた多孔質構造体1の製造が実現し易くなり、また、通気性や変形し易さを向上しやすくなる。このような観点から、多孔質構造体1は、少なくとも1つのセル孔Cの直径が、より好適には8mm以上、さらに好適には10mm以上であるとよい。
一方、多孔質構造体1のセル孔Cが大きすぎると、多孔質構造体1の外縁(外輪郭)形状をきれいに(滑らかに)形成するのが難しくなり、形状精度が低下し外観が悪化するおそれがある。また、クッション材としての特性も、十分に良好でなくなるおそれがある。よって、外観やクッション材としての特性を向上させる観点から、多孔質構造体1の各セル孔Cの直径は、好適には30mm未満、より好適には25mm以下、さらに好適には20mm以下であるとよい。
なお、多孔質構造体1は、上記の直径の数値範囲を満たすセル孔Cを多く有するほど、上記の各効果が得られやすくなる。この観点からは、多孔質構造体1を構成する複数のセル孔Cのうち、少なくとも各第1セル孔C1の直径が、上記の少なくともいずれか1つの数値範囲を満たすと、好適である。また、多孔質構造体1を構成する各セル孔C(各第1セル孔C1及び各第2セル孔C2)の直径が、上記の少なくともいずれか1つの数値範囲を満たすと、より好適である。同様に、多孔質構造体1を構成するセル孔C(各第1セル孔C1及び各第2セル孔C2)の直径の平均値が、上記の少なくともいずれか1つの数値範囲を満たすと、より好適である。
なお、セル孔Cの直径は、本例のようにセル孔Cが厳密な球形状とは異なる形状をなす場合、セル孔Cの外接球の直径を指す。
なお、多孔質構造体1の密度は、例えば20~100kg/m3である。本発明においては、例えばこの範囲内で、多孔質構造体1の密度分布を、均一な密度分布とすることも、不均一な密度の分布とすることができる。
多孔質構造体1が車両用シートパッドに利用される場合、車内のエアコンの効き及び耐ムレ性を高めたり、乗り心地を高める観点からは、多孔質構造体1の通気性は、100~700cc/cm2/secが好適であり、150~650cc/cm2/secがより好適であり、200~600cc/cm2/secがさらに好適である。ここで、多孔質構造体1の通気性(cc/cm2/sec)は、JIS K 6400-7に準拠して測定されるものとする。また、多孔質構造体1が車両用シートパッドに利用される場合、多孔質構造体1の共振倍率は、3倍以上8倍未満が好適であり、3倍以上5倍以下がより好適である。
なお、従来の多孔質構造体は、上述のように、化学反応によって発泡させる工程を経て製造されていたため、各セルどうしを連通する連通孔における膜を、所期したとおりの位置及び個数で形成することは難しかった。本例のように、多孔質構造体1を3Dプリンタで製造する場合は、3Dプリンタに読み込まれる3D造形用データに、予め膜3の情報も含めることで、確実に、所期したとおりの位置及び個数で膜3を形成することが可能である。
同様の観点から、多孔質構造体1を構成する各第1小仮想面V1Sのうちの少なくとも1つが、膜3で覆われていてもよい。かつ/又は、多孔質構造体1を構成する各第1大仮想面V1Lのうちの少なくとも1つが、膜3で覆われていてもよい。
座席シート用のクッション材300は、着座者が着座するためのシートクッション用クッション材301Cと、着座者の背中を支持するためのシートバック用クッション材301Bと、ヘッドレスト用クッション材301Dと、を備える。図16の例において、ヘッドレスト用クッション材301Dは、シートバック用クッション材301Bとは別体に構成されているが、シートバック用クッション材301Bと一体に構成されてもよい。
本明細書では、図16に表記するとおり、座席シート用のクッション材300に着座した着座者から観たときの「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」の各方向を、それぞれ単に「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」などという。
シートクッション用クッション材301Cは、多孔質構造体1から構成されたクッションパッド310を備えている。クッションパッド310は、着座者の臀部及び大腿部が載るように構成されたメインパッド部311と、メインパッド部311の左右両側に位置し、メインパッド部311よりも上側へ盛り上がり、着座者を左右両側から支持するように構成された、一対のサイドパッド部312と、を有している。
シートバック用クッション材301Bは、多孔質構造体1から構成されたバックパッド320を備えている。バックパッド320は、着座者の背中を後側から支持するように構成されたメインパッド部321と、メインパッド部321の左右両側に位置し、メインパッド部321よりも前側へ盛り上がり、着座者を左右両側から支持するように構成された、一対のサイドパッド部322と、を有している。
まず、図17~図21を参照しながら、シート本体7の一例について詳細に説明する。
図17は、メインパッド部311及びサイドパッド部312を詳細に示す斜視図である。図18は、図17のメインパッド部における、シート本体を示す斜視図である。図19は、図18のシート本体7を示す上面図である。図20は、図18のシート本体7のA-A断面図である。図21は、図18のシート本体7のB-B断面図である。
図18に示すように、シート本体7は、尻下部71と、腿下周縁部72と、溝部73と、穴部74と、バックパッド連結部75とを備える。尻下部71、腿下周縁部72及びバックパッド連結部75は、シート本体7用の多孔質構造体1Bによって構成されている。
シート本体7用の多孔質構造体1Bは特に限定されないが、例えば既存のシート用ウレタンフォームを使用することができる。既存のシート用ウレタンフォームの密度は、例えば30~80kg/m3である。既存のシート用ウレタンフォームのセル径は例えば、0.1~1.0mmである。既存のシート用ウレタンフォームの通気性は例えば5~150cc/cm3/secである。
腿下周縁部72は、尻下部71の周縁を構成する前側の曲線より前側に配置されている。腿下周縁部72は、該腿下周縁部72の内側に上下方向に沿って延出する略矩形状の穴部74を区画する。穴部74は、図19に示すように、シート本体7を上下方向に貫通してもよいし、上方又は下方に底面を有する凹状の形状であってもよい。
腿下周縁部72は、左方及び右方に互いに対向して位置する2つの直線と、後方及び前方に位置する緩やかな円弧状の曲線とを周縁とする形状である。腿下周縁部72において後方に位置する緩やかな円弧状の曲線は、尻下部71の周縁を構成する曲線に対して一定の間隔を開けて、沿うように位置している。
腿下周縁部72は、図19~図20に示すように、上側腿下周縁部(第1腿下周縁部)721と、下側腿下周縁部(第2腿下周縁部)722と、前側腿下周縁部(第3腿下周縁部)723とを含む。上側腿下周縁部721、下側腿下周縁部722、及び前側腿下周縁部723は、一体に構成されている。上側腿下周縁部721、下側腿下周縁部722、及び前側腿下周縁部723は、サイドパッド部312とも一体に構成されている。
上側腿下周縁部721及び下側腿下周縁部722は、腿下周縁部72の左右側及び後側に位置する。下側腿下周縁部722は、上側腿下周縁部721より下側に位置し、上側腿下周縁部721より内側に向かって突出している。具体的には、図20に示すように、下側腿下周縁部722の左側722Lは上側腿下周縁部721の左側721Lより右方向に突出し、下側腿下周縁部722の右側722Rは上側腿下周縁部721の右側721Rより左方向に突出している。また、図21に示すように、下側腿下周縁部722の後側722Bは上側腿下周縁部721の後側721Bより前方向に突出している。これにより、下側腿下周縁部722には、上方向に向かう、上側腿下周縁部721の内側側面に連続している段差面である本体段差面BSが構成されている。
図19に示したように、前側腿下周縁部723は、腿下周縁部72全体における前側に位置している。図20に示したように、前側腿下周縁部723の上方の端部723Tは左右方向における中心近傍で最も下方に位置し、左右方向の端部に向かうにつれて上方に位置するようになる。
バックパッド連結部75は、尻下部71と連結して構成されており、バックパッド320と連結することができるように構成されている。
装填体8は、多孔質構造体1Sによって構成される。装填体8を構成する多孔質構造体1S(以下、単に「多孔質構造体1S」という)は、シート本体7用の多孔質構造体1Bとは異なる特性の多孔質構造体とされる。装填体8を構成する多孔質構造体1Sは、例えば、上述した多孔質構造体1と同様に、骨格部2と表皮部6とを備え、表皮部6は、平滑部6A及び貫通孔6Bを有する。
図22は、多孔質構造体1Sの外観斜視図である。図23は、図22の多孔質構造体1SのC-C断面図である。図24は、図22の多孔質構造体1SのD-D断面図である。
多孔質構造体1Sは、3Dプリンタによって造形されたものである。多孔質構造体1Sは、既に説明した多孔質構造体1と同様に、骨格部2と、骨格部2の最も外側に骨格部2と一体に形成された表皮部6とを備える。骨格部2及び表皮部6は、多孔質構造体1の骨格部2及び表皮部6と同様であり、表皮部6は、頂面側表皮部61と、底面側表皮部62と、側面側表皮部63とを有している。多孔質構造体1Sの形状は、既に説明した多孔質構造体1の例で示した形状とは異なっている。
このような多孔質構造体1Sにおいて、表皮部6のうちの骨格部2の側面側の外側に形成されている側面側表皮部63は、第1部分1S1における骨格部2の側面側の外側に形成されている第1側面側表皮部631と、第2部分1S2における骨格部2の側面側の外側に形成されている第2側面側表皮部632とを含む。また、第2部分1S2が第1部分1S1より突出することによって、第2部分1S2には、下方向に面する、第1部分1S1に連続する段差面であるパッド段差面PSが構成される。多孔質構造体1Sは、第2部分1S2におけるパッド段差面PSが、シート本体7の本体段差面BSに沿うように構成されている。
また、図22に示したように、第2部分1S2の前方に突出している部分の下端は、左右方向における中心近傍で最も低く、左右方向の端部に向かうにつれて高くなるように湾曲している。第2部分1S2の前方に突出している部分の下側の端部は、既に図20を参照して説明した、前側腿下周縁部723の上端における湾曲した形状に沿うように湾曲している。これにより、メインパッド部311の前方において、端部よりも中央近傍に広く多孔質構造体1Sが配置されている。このため、着座者に対向する部分に少なくともクッション性を有する多孔質構造体1Sが配置され、着座者は快適に着座することができる。
また、側面側表皮部63における第2部分1S2の前方に突出している部分の面は、曲面を構成している。これにより、着座者が、多孔質構造体1Sが配置された座席シート用のクッション材300に着座したときに、第2部分1S2の前方の曲面が着座者の膝裏および後下腿部に沿うことになり、着座者に多孔質構造体1Sの角があたるのを回避することができる。
図22及び図23に示した第2部分1S2の左右方向の長さL5は、図20に示した上側腿下周縁部721の左右側によって区画された、穴部74の上側の左右方向の長さL6と略同じである。ただし、第2部分1S2を穴部74に圧入して上側腿下周縁部721密接させるために、長さL5は、長さL6よりやや長くてもよい。図22及び図24に示した第2部分1S2の前後方向の長さL7は、図21に示した上側腿下周縁部721の後側と前側腿下周縁部723との間の前後方向の長さL8と略同じか、やや長くてもよい。
図23及び図24に示した第2部分1S2の上下方向の長さL9は、図20に示した上側腿下周縁部721の上下方向の長さL10と略同じある。
このような構造により、座席シート用のクッション材300を構成する多孔質構造体1Sが穴部74に装填されると第2部分1S2における第1部分1S1より突出している部分が本体段差面BSによって係止されている。これにより、多孔質構造体1Sは、シート本体7の穴部74において上下方向に位置決めされている。したがって、多孔質構造体1Sを安定して座席シート用のクッション材300に配置することができる。
多孔質構造体1Sは、穴部74への装填において、第1部分1S1を下側にして、穴部74の上方から下方に挿入されている。これにより、第2部分1S2における第1部分1S1より突出している部分が本体段差面BSによって係止され、多孔質構造体1Sは、シート本体7の穴部74において上下方向に位置決めすることができる。したがって、多孔質構造体1Sは安定して配置されるため、容易に座席シート用のクッション材300を得ることができる。
これにより、多孔質構造体1Sによって構成される装填体8は、第1側面側表皮部631、第2側面側表皮部632、及びパッド段差面PSそれぞれの面で、シート本体7に高い接着力で接着することができ、堅牢性の高い座席シート用のクッション材300を製造できる。
なお、上述においては、第1部分1S1を下側にして、穴部74の上方から下方に多孔質構造体1Sが挿入されるように、多孔質構造体1S及びシート本体7が構成される例を説明したが、これに限られない。例えば、多孔質構造体1Sが下方から上方にシート本体7に挿入されるように多孔質構造体1S及びシート本体7を構成してもよい。
まず、事前に、コンピュータを用いて、装填体8を構成する多孔質構造体1Sの3次元形状を表す3次元形状データ(例えば、3次元CADデータ)を作成する。
つぎに、コンピュータを用いて、上記3次元形状データを、3D造形用データ500に変換する。3D造形用データ500は、3Dプリンタ400の造形部420が造形を行う際に3Dプリンタ400の制御部410に読み込まれるものであり、制御部410が、造形部420に、装填体8を構成する多孔質構造体1Sを、造形させるように構成されている。3D造形用データ500は、例えば、装填体8を構成する多孔質構造体1Sの各層の2次元形状を表すスライスデータを含む。
つぎに、3Dプリンタ400によって装填体8を構成する多孔質構造体1Sの造形を行う。3Dプリンタ400は、例えば、光造形方式、粉末焼結積層方式、熱溶融積層方式(FDM方式)、インクジェット方式等、任意の造形方式を用いて造形を行ってよい。図26では、光造形方式によって造形を行う様子を示している。
3Dプリンタ400は、例えば、CPU等によって構成された制御部410と、制御部410による制御に従って造形を行う造形部420と、造形される造形物(すなわち、装填体8)を載せるための支持台430と、液体樹脂LR、支持台430及び造形物が収容される収容体440と、を備える。造形部420は、本例のように光造形方式を用いる場合、紫外線レーザ光LLを照射するように構成されたレーザ照射器421を有する。収容体440には、液体樹脂LRが充填されている。液体樹脂LRは、レーザ照射器421から照射される紫外線レーザ光LLが当たると、硬化し、可撓性のある樹脂となる。
このように構成された3Dプリンタ400は、まず、制御部410が、3D造形用データ500を読み込み、読み込んだ3D造形用データ500に含まれる3次元形状に基づいて、造形部420に紫外線レーザ光LLを照射するよう制御しながら、各層を順次造形していく。
3Dプリンタ400による造形が完了した後は、造形物を収容体440から取り出す。それにより、最終的に、造形物として、装填体8としての多孔質構造体1Sが得られる。
なお、多孔質構造体1Sを樹脂で構成する場合、3Dプリンタ400による造形が完了した後に、造形物としての多孔質構造体1Sを、オーブンの中で加熱してもよい。その場合、多孔質構造体1Sを構成する各層どうしの結合を強化し、それにより多孔質構造体1Sの異方性を低減できるので、多孔質構造体1Sのクッション材としての特性をさらに向上できる。
また、多孔質構造体1Sをゴムで構成する場合、3Dプリンタ400による造形が完了した後に、造形物としての多孔質構造体1Sを加硫してもよい。
また、第1側面側表皮部631が、接着剤を介して下側腿下周縁部722の内側側面に接した状態で接着剤が硬化することによって、第1部分1S1は、下側腿下周縁部722に固定される。また、第2側面側表皮部632が、接着剤を介して上側腿下周縁部721の内側側面に接した状態で接着剤が硬化することによって、第2部分1S2は、上側腿下周縁部721固定される。さらに、パッド段差面PSが、接着剤を介して腿下周縁部72の本体段差面BSに接した状態で接着剤が硬化することによって、第1部分1S1は、パッド段差面PSに固定される。このようにして、図17に示したような多孔質構造体1Sによって構成される装填体8がシート本体7に装填されたメインパッド部311が形成される。
3Dプリンタを用いて装填体8を造形することによって、装填体8としての多孔質構造体1Sの構成を3D造形用のデータを変更するだけで容易に変更できる。これによって装填体8の特性を容易に調整できる。例えば、3D造形用のデータを変更するだけで、容易に、骨格部2を構成する各部の寸法、並びにセル孔の形状及び大きさを変更したり、表皮部6における貫通孔6Bの大きさ、形状、数、及び位置を変更したりすることができる。したがって、このように構造を容易に変更することに伴い特性を変更した多孔質構造体1Sを造形することができ、特性を容易に調整でき装填体8を簡単かつ所期した通りに実現できる。
また、このような装填体8を用いることによって、様々な要求特性に容易に対応できる座席シート用のクッション材300を容易に得ることができる。
つぎに、図27を参照しつつ、本発明の任意の実施形態に係る多孔質構造体1を備えることができる、座席シート用のクッション材300の第1変形例を説明する。
図27の例において、座席シート304は、フレーム303と、フレーム303に取り付けられた座席シート用のクッション材300と、を備えている。フレーム303は、例えば、金属又は樹脂から構成されると好適である。座席シート用のクッション材300は、着座者が着座するためのクッションパッド310と、着座者の背中を支持するためのバックパッド320と、着座者の頭部を支持するためのヘッドレスト340と、を備えている。
なお、以下では、説明の便宜のため、座席シート用のクッション材300を構成する部品を、単に「座席シート用のクッション材300」と呼ぶ場合がある。
座席シート用のクッション材300(ひいては多孔質構造体1)の裏面BSSは、面ファスナ等を介して、フレーム303に取り外し可能に固定されてもよい。
あるいは、座席シート用のクッション材300(ひいては多孔質構造体1)の裏面BSSは、接着剤等を介して、フレーム303に取り外しできないように固定されてもよい。
この場合、例えば、図29の例のように、フレーム303の嵌合部303aが凹部3030からなり、多孔質構造体1の嵌合部1aが凸部10からなってもよいし、あるいは、フレーム303の嵌合部303aが凸部10からなり、多孔質構造体1の嵌合部1aが凹部3030からなってもよい。凹部3030は、図29の例のように有底の凹部(すなわち窪み)であってもよいし、あるいは、無底の凹部(すなわち貫通穴)であってもよい。
フレーム303の嵌合部303aと、多孔質構造体1の嵌合部1aとは、互いにくさび嵌合するように構成されていると、好適である。ここで、フレーム303の嵌合部303aと多孔質構造体1の嵌合部1aとが「互いにくさび嵌合する」とは、フレーム303の嵌合部303aと多孔質構造体1の嵌合部1aとが嵌め合った後に、一方が他方から抜け出しにくくなることを指す。このような観点から、図29の例のように、凸部10は、細部10cと、細部10cよりも凸部10の先端側に位置し、細部10cの断面積T1よりも大きな断面積T2を有する、太部10dと、を有していると、好適である。また、凹部3030は、細部3030cと、細部3030cよりも凹部3030の奥側に位置し、細部3030cの断面積Q1よりも大きな断面積Q2を有する、太部3030dと、を有していると、好適である。そして、凸部10の太部10dは、凹部3030の太部3030dの内部に入り込むことができるように構成されており、また、凸部10の太部10dの断面積T2は、凹部3030の細部3030cの断面積Q1よりも大きく、かつ、凹部3030の太部3030dの断面積Q2よりも小さいと、好適である。これにより、凸部10は、凹部3030内へ挿入される間、凹部3030の細部3030c内を圧縮状態で通過し、その後、凹部3030の太部3030d内に入り込んでから復元し、当該太部3030dと係合することにより、凹部3030から抜け出しにくくなる。よって、くさび嵌合が可能になる。なお、凸部10の細部10cの断面積T1は、凹部3030の細部3030cの断面積Q1よりも小さいと好適である。
ここで、「細部(10c、3030c)の断面積(T1、Q1)」は、細部(10c、3030c)のうち断面積が最小となる部分での断面積を指す。また、「太部(10d、3030d)の断面積(T2、Q2)」は、太部(10d、3030d)のうち断面積が最大となる部分での断面積を指す。また、凸部(10)に関し、「細部(10c)の断面積(T1)」、「太部(10d)の断面積(T2)」は、それぞれ、凸部(10)の中心軸線に平行な方向(軸線方向)ADに対して垂直な平面における断面積を指す。また、凹部(3030)に関し、「細部(3030c)の断面積(Q1)」、「太部(3030d)の断面積(Q2)」は、それぞれ、凹部(3030)の中心軸線に平行な方向(軸線方向)ADに対して垂直な平面における断面積を指す。
多孔質構造体1の固定位置精度の向上の観点から、多孔質構造体1の嵌合部1aの個数は、2個以上であると好適であり、4個以上であるとより好適である。また、多孔質構造体1の固定作業の軽労化の観点から、多孔質構造体1の嵌合部1aの個数は、20個以下であると好適であり、10個以下であるとより好適である。
ただし、座席シート304は、座席シート用のクッション材300(ひいては多孔質構造体1)を覆う表皮部を備えていてもよい。
ただし、座席シート用のクッション材300を構成する1つ又は複数の部品は、それぞれ、それぞれの部品の任意の一部のみが、多孔質構造体1から構成されていてもよい。その場合、座席シート用のクッション材300を構成する当該部品のうち残りの部分は、金型成形等において化学反応により発泡させる工程を経て製造されるとよい。
また、座席シート用のクッション材300を構成する複数の部品のうち一部の部品のみが、それぞれの一部又は全部において多孔質構造体1から構成されていてもよい。その場合、座席シート用のクッション材300を構成する複数の部品のうち残り部品は、金型成形等において化学反応により発泡させる工程を経て製造されるとよい。
つぎに、図28を参照しつつ、本発明の第4変形例に係る多孔質構造体1について説明する。
図28は、本発明の第4変形例に係る多孔質構造体1を、裏面BSS側から観た様子を示す、斜視図である。なお、図28に示す多孔質構造体1は、図27の例の座席シート304の座席シート用のクッション材300におけるヘッドレスト340のサイドパッド部342に用いられるように構成されている。ただし、本例の多孔質構造体1は、図27の例の他の多孔質構造体1や、図1の例の多孔質構造体1、並びに、その他の任意のクッション材としても、好適に用いることができる。
また、図28の例のように、貫通孔6Bを、表皮部6のうち、多孔質構造体1の裏面BSSを構成する部分に配置することにより、貫通孔6Bを比較的大きく形成しても、多孔質構造体1の外観を損ねることが無い。
また、予め、フレーム303に、多孔質構造体1の貫通孔6B(上述の凹部3030を構成。)と係合するように構成された突起(図示せず。上述の凸部10を構成。)を設けておき、多孔質構造体1をフレーム303上に取り付ける際に多孔質構造体1の貫通孔6B(凹部3030)をフレーム303の当該突起(凸部10)に係合させるようにすれば、多孔質構造体1をフレーム303に対して所望の位置に簡単に位置決めすることができるようになる。
本明細書で説明する各例において、多孔質構造体1は、座席シート用のクッション材300のクッションパッド310、バックパッド320、又は、ヘッドレスト340のいずれか一つのみを構成してもよい。
また、図30に示す変形例のように、多孔質構造体1は、座席シート用のクッション材300のクッションパッド310の一部のみ、バックパッド320の一部のみ、かつ/又は、ヘッドレスト340の一部のみを、構成してもよい。これにより、多孔質構造体1の大きさを小さくすることができ、ひいては、比較的小型の3Dプリンタによっても製造することが可能になる。その場合、座席シート用のクッション材300のクッションパッド310、バックパッド320、ヘッドレスト340のうち、多孔質構造体1によって構成された部分以外の部分については、例えば金型成形又はスラブ成形等において化学反応により発泡させる工程を経て製造されることにより、上述したような従来の一般的な構成で構成するとよい。例えば、図30の例のように、座席シート用のクッション材300のクッションパッド310、バックパッド320、かつ/又は、ヘッドレスト340は、それぞれ、互いに別体に構成された複数のクッション部3011を備え、当該複数のクッション部3011のうち一部(1つ又は複数)のクッション部3011のみが、多孔質構造体1から構成され、他のクッション部3011が、上述したような従来の一般的な構成で構成されてもよい。より具体的には、例えば、図30の例のように、座席シート用のクッション材300のクッションパッド310、バックパッド320、かつ/又は、ヘッドレスト340は、それぞれ、多孔質構造体1からなる1つ又は複数(図30の例では、2つ)の装填体8と、当該1つ又は複数の装填体8とは別体に構成され、当該1つ又は複数の装填体8が装填される穴部74を有し、上述したような従来の一般的な構成で構成される、シート本体7と、を備えてもよい。
あるいは、座席シート用のクッション材300のクッションパッド310、バックパッド320、かつ/又は、ヘッドレスト340は、互いに別体に構成された複数のクッション部3011からなり、当該複数のクッション部3011のそれぞれが、多孔質構造体1から構成されてもよい。これによっても、多孔質構造体1の大きさを小さくすることができ、ひいては、比較的小型の3Dプリンタによっても製造することが可能になる。
この場合、上記互いに隣接する一対のクッション部3011のそれぞれの表面のうち、互いに対向する一対の対向面3011aどうしの距離(ひいては、接着剤3012の厚さ)L20(図31)は、2~10mmが好適である。
また、この場合、上記互いに隣接する一対のクッション部3011の着座者側の表面FSから接着剤3012までの距離L21(図31)は、2~20mmが好適である。着座者側の表面FSから接着剤3012までの距離L21(図31)は、着座者側の表面FSに対して垂直に測るものとする。
また、この場合、上記互いに隣接する一対のクッション部3011のうち一方が、多孔質構造体1から構成されており、上記互いに隣接する一対のクッション部3011のうち他方が、多孔質構造体1から構成されているか又は上述したような従来の一般的な構成で構成されていると、好適である。
この場合、上記互いに隣接する一対のクッション部3011どうしは、互いから離間して配置されていると好適である。より具体的に、上記互いに隣接する一対のクッション部3011のそれぞれの表面のうち、互いに対向する一対の対向面3011aどうしの距離L23(図32)は、5~20mmが好適である。これにより、着座者がクッション部3011に対して荷重を掛けたときに、着座者が違和感を感じるのを抑制できる。
また、この場合、クッション部3011の厚さ方向の断面において、上記互いに隣接する一対のクッション部3011のそれぞれの表面は、着座者側の表面FSと対向面3011aとの間の角部3011bが、角張りのない湾曲形状をなしている(すなわち、アール付けされている)と、好適である。これにより、着座者がクッション部3011に対して荷重を掛けたときに、着座者が違和感を感じるのを抑制できる。
また、この場合、上記互いに隣接する一対のクッション部3011のうち一方が、多孔質構造体1から構成されており、上記互いに隣接する一対のクッション部3011のうち他方が、多孔質構造体1から構成されているか又は上述したような従来の一般的な構成で構成されていると、好適である。
この場合、多孔質構造体1の外観を向上させる観点から、多孔質構造体1の骨格部2は、不透明であると好適であるが、半透明又は透明であってもよい。一方、多孔質構造体1の製造容易性の観点から、多孔質構造体1は、その全体が同じ材料で構成されていると好適であり、ひいては、その全体(表皮部6及び骨格部2)が、半透明又は透明であると好適であり、半透明であるとより好適である。
また、この場合、表皮部6の厚さは、0.5~2.0mmであると、好適である。これにより、上述のとおり表皮部6を介して骨格部2を外部から視認可能にし、ひいては、多孔質構造体1が3Dプリンタで造形されたものであることを簡単に把握できるようにしつつも、多孔質構造体1が、荷重や引っ掻き等の実用負荷に対してより効果的に耐えることができ、ひいては、耐久性を向上できる。
ただし、多孔質構造体1の表皮部6は、不透明であってもよい。
110:頂面、 120:底面、 130:側面、
1B:シート本体を構成する多孔質構造体、 1S:装填体を構成する多孔質構造体、 1S1:第1部分、 1S2:第2部分、
2:骨格部、 2B:骨部、 2Be:骨部の端部、 2B1:骨一定部、 2B2:骨変化部、 2B21:骨変化部の結合部側の端、 2B22:骨変化部の骨一定部側の端、 2B23:骨変化部の傾斜面、 2J:結合部、 3:膜、 11:多孔質構造体の第1部分、 12:多孔質構造体の第2部分、 13:多孔質構造体の第3部分、 21:第1セル区画部、 22:第2セル区画部、 211:第1環状部、 211L:第1大環状部、 211S:第1小環状部、 2111:第1環状部の内周側縁部、 222:第2環状部、 2221:第2環状部の内周側縁部、
300:座席シート用のクッション材、 301B:シートバック用クッション材、 301C:シートクッション用クッション材、
3011:クッション部、 3011a:対向面、 3011b:角部、 3012:接着剤、
303:フレーム、 303a:嵌合部、 3030:凸部、 3030c:細部、 3030d:太部、
304:座席シート、
310:クッションパッド、 311:メインパッド部、 311t:腿下部、 311h:尻下部、 312:サイドパッド部、 320:バックパッド、 321:メインパッド部、 322:サイドパッド部、 340:ヘッドレスト、 341:メインパッド部、 342:サイドパッド部、
400:3Dプリンタ、 410:制御部、 420:造形部、 421:レーザ照射器、 430:支持台、 440:収容体、 LL:紫外線レーザ光、 LR:液体樹脂、 500:3D造形用データ、
6:表皮部、 61:頂面側表皮部、 62:側面側表皮部、 63:底面側表皮部、 6A:平滑部、 6B:貫通孔、
7:シート本体、 71:尻下部、 72:腿下周縁部、 73:溝部、 74:穴部、 721上側腿下周縁部721:下側腿下周縁部、
8:装填体、
C:セル孔、 C1:第1セル孔、 C2:第2セル孔、 O:骨格線、 U:多孔質構造体の単位部、 V1:第1仮想面、 V1L:第1大仮想面、 V1S:第1小仮想面、 V2:第2仮想面、BS:本体段差面、 PS:パッド段差面、
FS:着座者側の表面、 SS:側面(着座者側の表面から連続する他の表面)、 BSS:裏面
Claims (9)
- 可撓性のある樹脂又はゴムから構成された、多孔質構造体であって、
複数のセル孔を区画する、骨格部と、
前記骨格部の外側の少なくとも一部に、前記複数のセル孔の少なくとも一部を塞ぐように前記骨格部と一体に形成され、外側の少なくとも一部が面とされた、表皮部と、
を備え、
前記骨格部は、
複数の柱状の骨部と、
それぞれ前記複数の骨部の端部どうしを結合する、複数の結合部と、
から構成されており、
前記骨格部は、第1セル孔を内部に区画する第1セル区画部を有しており、
前記第1セル区画部は、それぞれ環状に構成された複数の第1環状部を有しており、
前記第1セル孔は、前記複数の第1環状部と、前記複数の第1環状部がそれぞれ区画する複数の第1仮想面とによって、区画されており、
前記第1環状部は、複数の前記骨部と複数の前記結合部とから構成されている、多孔質構造体。 - 前記多孔質構造体は、頂面、底面及び側面を備え、
前記表皮部の前記面は、前記頂面、前記底面及び前記側面の少なくとも1つに含まれている、請求項1に記載の多孔質構造体。 - 前記表皮部の前記面は、前記頂面から前記側面にわたって、及び/又は、前記底面から前記側面にわたって、連続して形成されている、請求項2に記載の多孔質構造体。
- 前記表皮部は、前記面が形成されている平滑部と、当該平滑部によって区画され、前記表皮部を貫通している貫通孔と、からなり、
前記表皮部の表面積に対する、前記面の総面積の割合は8%以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の多孔質構造体。 - 前記表皮部は、複数の前記貫通孔を有し、
前記表皮部の前記面に対向する方向から観た表面視において、複数の前記貫通孔は、それぞれの外側の前記面への開口形状が円形又は長円形であり、前記表皮部の前記面が格子状に連続するように配列されている、請求項4に記載の多孔質構造体。 - 前記複数の第1環状部は、それぞれの内周側縁部によって区画する前記第1仮想面どうしが交差しないように互いに連結されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の多孔質構造体。
- 3Dプリンタを用いて、請求項1~6のいずれか一項に記載の多孔質構造体を製造する、多孔質構造体の製造方法。
- シート本体と、
前記シート本体に形成された穴部に装填されており、前記表皮部の前記面の少なくとも一部が前記シート本体と接着されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の多孔質構造体と、
を備える、座席シート用のクッション材。 - 前記座席シート用のクッション材は、車両用シートパッドである、請求項8に記載の座席シート用のクッション材。
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