JP2001254060A - 三次元造形機用の感熱接着紙、及び三次元造形物 - Google Patents
三次元造形機用の感熱接着紙、及び三次元造形物Info
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Abstract
とができる感熱接着性を備えるとともに、造形物が空気
中の水分を吸放出することによって伸縮するのを効果的
に抑制して高い寸法精度をもたらすことができる三次元
造型機用の感熱接着紙を提供する。 【解決手段】 裏面に感熱接着剤層を設けた感熱接着紙
(31)を、上下動可能な台(32)の上面に順次供給し、この
供給された感熱接着紙の表面を押圧しながら加熱して上
記台または既に供給された感熱接着紙の表面に接着する
とともに、これらの感熱接着紙に所定形状の切断線(41,
42,43)を設けて複数の層から成る積層体(44)を形成し、
この積層体から不要部分を除去することにより三次元造
形物を得る三次元造形機に使用する感熱接着紙におい
て、溶融温度が50〜150℃の感熱接着剤層を坪量4
0〜200g/m2 の基紙の裏面に5〜30g/m2 設
ける。前記基紙はセルロース繊維を主体としこれに熱接
着性バインダー物質5〜60重量%を含有させたものと
する。
Description
元造形機に使用する感熱接着紙、及びこれを使用して得
られる三次元造形物に関するものである。
品、各種玩具などを設計する場合に、粘土、木材、金属
などを使用して三次元形状のモデル(三次元造形物)を
作製することが行われていた。また、木材等を使用して
三次元造形物を作製し、これをもとにして砂等で鋳型を
製造し、これに溶融した金属を流し込んでから冷却固化
する方法で鋳物を製造していた。
い、これらの三次元造形物を自動的に作製する方法が種
々提案されている。例えば、紫外線硬化樹脂を使用して
三次元造形物を作製する方法が提案されている。この方
法は、液状の紫外線硬化樹脂をバットに満たし、底部に
設置したステージを上昇させてステージの上の樹脂に紫
外線を照射して樹脂を硬化させてからステージを降ろ
し、再び上昇させて紫外線を照射することを繰り返すこ
とで三次元造形物を得る方法である。また樹脂を溶融さ
せながら積層して三次元造形物を得る方法も提案されて
いる。
述べるように、裏面に感熱接着剤層を設けた感熱接着シ
ートを、上下動可能な台の上面に順次供給し、この供給
された感熱接着紙の表面を押圧しながら加熱して上記台
または既に供給された感熱接着シートの表面に接着する
とともに、これらの感熱接着シートに所定形状の切断線
を設けて複数の層から成る積層体を形成し、この積層体
から不要部分を除去することで三次元造形物を作製する
方法が提案されている。
る方法に共通する欠点は、造形物の精度が悪いことと、
造形物が不要になった場合の処理が問題になることであ
る。前記特開平9−66565号の感熱接着シートを用
いる方法は、樹脂を用いる方法と比較して精度は高く、
感熱接着シートとして感熱接着紙を用いた場合には樹脂
を用いた造形物に比較して焼却処理が容易な利点がある
が、感熱接着紙の熱接着効率が悪いため造形に長時間を
有することが欠点であった。特開平9−66565号に
はこの欠点を解決する手段については何ら開示されてい
ない。
問題点を解決した感熱接着紙を開発することに成功し、
特願平11−183255号として既に特許出願を行っ
た。この先願発明による三次元造型機用の感熱接着紙
は、裏面に感熱接着剤層を設けた感熱接着紙を、上下動
可能な台の上面に順次供給し、この供給された感熱接着
紙の表面を押圧しながら加熱して上記台または既に供給
された感熱接着紙の表面に接着するとともに、これらの
感熱接着紙に所定形状の切断線を設けて複数の層から成
る積層体を形成し、この積層体から不要部分を除去する
ことにより三次元造形物を得る三次元造形機に使用する
感熱接着紙において、溶融温度が50〜150℃の感熱
接着剤層を、坪量40〜200g/m2 の基紙の裏面に
5〜30g/m2 設けたことを特徴とするものである。
物製造用の鋳型においては、高い寸法精度を要求される
分野があり、かような分野では一般に通常の室内環境
(20℃、40〜60%RH)で伸縮を0.3%以下に
抑えることが要求される。しかしながら、木型の鋳型の
場合に常につきまとう問題は、空気中の水分を木型が吸
放出することにより木型自身が伸縮してしまう点であ
る。また、本発明者らによる上記先願発明の感熱接着紙
を使用して造形した三次元造形物も上記したごとき高い
寸法精度を必ずしも満たすものではない。そのため上記
先願発明においては、塩化ビニリデンのような水蒸気透
過性の低い樹脂で三次元造形物表面を被覆することによ
り水分の吸放出を抑制し寸法精度を高めることを提案し
ている。
被覆を施す場合には、被覆工程が追加的に必要となり、
製造コストを高める要因ともなるため、感熱接着紙自体
に高い寸法精度を付与することが望まれる。
いることができる感熱接着性を備えるとともに、造形物
が空気中の水分を吸放出することによって伸縮するのを
効果的に抑制でき、造形物に被覆を施さずとも高い寸法
精度をもたらすことができる三次元造型機用の感熱接着
紙を提供することを課題とする。
着剤層を設けた感熱接着紙を、上下動可能な台の上面に
順次供給し、この供給された感熱接着紙の表面を押圧し
ながら加熱して上記台または既に供給された感熱接着紙
の表面に接着するとともに、これらの感熱接着紙に所定
形状の切断線を設けて複数の層から成る積層体を形成
し、この積層体から不要部分を除去することにより三次
元造形物を得る三次元造形機に使用する感熱接着紙にお
いて、溶融温度が50〜150℃の感熱接着剤層を坪量
40〜200g/m2 の基紙の裏面に5〜30g/m2
設けたこと、および前記基紙はセルロース繊維を主体と
しこれに熱接着性バインダー物質5〜60重量%を含有
させたものであることを特徴とする三次元造形機用の感
熱接着紙である。なお、本発明において溶融温度とは、
JIS K0064に規定する「化学製品の融点測定方
法」に準じて測定した値を意味する。
紙の使用方法を、三次元造形機の一例を挙げて説明す
る。図1は、前記特開平9−66565号公報の図7に
記載されている三次元造形機で、造形物を造形する状態
を示す構成図である。図1において、32は、上下に移
動可能な台であり、この上部に供給ロール33からガイ
ドロール34を介して、順次材料(感熱接着紙)31が
送られる。35は、台部32上を前後(図示では左右)
に移動する加熱ローラーであり、台部32上に送られた
材料31を台部32側に押圧しながら加熱することによ
り、材料31を台部32に接着またはすでに台部32に
送られた材料31にその上に送られた新たな材料31を
接着させる。36は台部32の上側に設けられ、台部3
2上を前後左右に移動可能な可動光ヘッドであり、ミラ
ー37を介してレーザー光源38から送られてくるレー
ザー光を台部32上に送り、台部32上の材料31を切
断するようになっている。
に対向するように設けられたガイドロールであり、40
はガイドロール39を介して材料31の使用後の不要部
分を巻き取る巻き取りロールである。造形物を造形する
際には、まず、供給ロール33から繰り出した材料31
の先端部を巻き取りロール40に巻回し、加熱ローラー
35を台部32上で移動させて材料31を台部32に接
着させる。つぎに、レーザー光源38を作動させ可動光
ヘッド36を移動させながらレーザー光を発生させ、材
料31に所定形状の輪郭部41を切断するとともに、造
形に使用する部分の外周縁部に切断線42を、不要部分
に格子状の切断線43をそれぞれ入れる。
2を下降させたのち、巻き取りロール40を回転させ
て、新たな材料31を上記切断した材料31の上に配置
させ、上記の操作を繰り返すことにより多層からなる積
層体44を形成し、その積層体44から不要部分を除去
することにより造形物を得ることが行われる。
ー光で切断する代わりに、カッターを用いることで、造
形物を構成する部分と不要部分が接着して不要部分の除
去が困難になることを防止するととともに、装置が安価
になるという提案を行っている。本発明の三次元造形機
用の感熱接着紙は、レーザー切断、カッター切断のいず
れにも使用可能な感熱接着紙を提供することができる。
ついて説明する。本発明で使用する基紙は、基本的には
前述した本発明者らによる先願発明(特願平11−18
3255号)の感熱接着紙に使用する基紙に所定量の熱
接着性バインダー物質を含ませたものである。
用いて感熱接着紙を製造し、この感熱接着紙で三次元造
形機を用いて造形する場合には、加熱ローラーの熱によ
って基紙中の熱接着性バインダー物質が溶融或いは軟化
して粘着性を帯び、基紙を構成する主材料である木材パ
ルプや非木材パルプといったセルロース繊維に固着し、
繊維同士を結合させるバインダー効果が発現する結果、
感熱接着紙の積層物である造形物が空気中の水分を吸放
出しにくくなり伸縮が抑制される効果が得られることに
なる。
としては、溶融温度が50〜180℃のものを使用する
ことが好ましい。50℃未満であると、基紙を重ねて保
存する際にブロッキングを起こしやすくなり、180℃
を超えると、造形時に加熱ローラーで加熱されても熱接
着性バインダー物質が溶融或いは軟化し難くなるからで
ある。なお、後述するように、基紙裏面に塗工する感熱
接着剤の溶融温度は150℃を超えると加熱ローラーで
加熱されても接着剤が溶融し難くなるため感熱接着紙同
士の接着性が悪くなるが、基紙に含有させる熱接着性バ
インダー物質はこれより高い180℃程度の溶融温度を
有する物質でも使用できる。なぜならば、基紙裏面の感
熱接着剤層には基紙を通して加熱ローラーの熱が伝達さ
れるが、基紙自体は加熱ローラーと直接接するため、感
熱接着剤の溶融温度よりも高い溶融温度を有する熱接着
性バインダー物質でも溶融或いは軟化できるからであ
る。
る割合は、基紙全体の重量に対して5〜60重量%の範
囲とする。5重量%未満では、熱接着性バインダー物質
のセルロース繊維に対するバインダー効果が十分に得ら
れず、所期の水分の吸放出抑制効果が得られなくなる。
一方、60重量%を超えて含有させた場合には、基紙の
抄造時にシリンダードライヤーの表面に熱接着性バイン
ダー物質の一部が軟化して付着しドライヤーを汚しやす
くなり、抄造後に基紙に熱接着性バインダー物質を含浸
させる場合にも、ペーパーロールに熱接着性バインダー
物質が付着してロールを汚しやすくなる。
方法としては、例えば以下のような方法を採用すること
ができる。 1)熱接着性バインダー物質として熱接着性繊維を紙料
に添加して基紙を抄造する方法、 2)熱接着性バインダー物質として熱接着性粒子を紙料
に添加して基紙を抄造する方法、 3)基紙の抄造途中や抄造後に、基紙に熱接着性バイン
ダー物質を含浸する方法、 4)上記方法の組み合わせによる方法。
物質を含ませた基紙を製造する方法についてさらに具体
的に説明する。 1)熱接着性繊維を紙料に添加して抄造する方法 広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹晒クラフ
トパルプ(NBKP)、広葉樹晒サルファイトパルプ
(LBSP)、針葉樹晒サルファイトパルプ(NBS
P)などの化学パルプや、砕木パルプ(GP)、サーモ
メカニカルパルプ(TMP)などの機械パルプといった
木材パルプや、コットンパルプ、麻、バガス、ケナフ、
エスパルト、楮、三椏、雁皮などの非木材パルプの単独
あるいは2種類以上を併用してなるセルロース繊維に、
熱接着性繊維を所定量添加し、これにデンプン、ポリア
クリルアミドなどの乾燥紙力増強剤、ポリアミド・ポリ
アミン・エピクロルヒドリン樹脂、尿素ホルマリン樹
脂、メラミンホルマリン樹脂などの湿潤紙力増強剤、ロ
ジン系、アルキルケテンダイマー系、アルケニル無水コ
ハク酸系、スチレン−アクリル系、無水ステアリン酸
系、石油樹脂系などのサイズ剤、硫酸バンド、塩化アル
ミニウム、アルミン酸ソーダ、塩基性塩化アルミニウ
ム、塩基性ポリ水酸化アルミニウムなどの定着剤、歩留
り向上剤、濾水性向上剤、消泡剤、染料、着色顔料など
を適宜配合した紙料を、通常フリーネス250〜550
mlC.S.F.に調製し、長網抄紙機や円網抄紙機な
どの公知の抄紙機を使用して抄紙することで得られる。
この際、抄紙途上で紙面に澱粉、ポリビニルアルコー
ル、各種表面サイズなどの助剤をサイズプレス装置など
で塗工することも可能である。さらに必要に応じ、マシ
ンカレンダー処理やスーパーカレンダー処理を施し、表
面平滑性を向上させることも適宜行われる。
て、湿潤紙力増強剤を併用することが好ましい。湿潤紙
力増強剤を用いることで、造形後の造形物が空気中の水
分を吸収して伸び、時間の経過とともに変形する現象を
より一層低減できるからである。
オレフィン系の合成パルプを挙げることができる。ポリ
オレフィン系合成パルプには、例えばポリエチレンやポ
リプロピレンを原料としてフラッシュ法と呼ばれる周知
の方法で製造したものがあり、市販品として入手できる
(例えば商品名「SWP」、三井化学(株)製)。
ン、ポリエチレンテレフタレート、エチレン−酢酸ビニ
ル共重合体、ナイロン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合
体などの熱可塑性樹脂から形成された単繊維も使用する
ことができる。
樹脂からなる接着性部分を備えるとともに、この繊維の
軸方向に沿って比較的溶融し難い又は溶融しない材料で
形成された非接着性部分を備えたいわゆる複合繊維も、
熱接着性繊維として使用できる。かような複合繊維は、
加熱によって接着性部分が周囲のセルロース繊維と接着
し、加熱によっても溶融又は変形しにくい繊維状の非接
着性部分も残存するため、良好な三次元ネットワーク構
造を維持できるために好ましい。
熱処理によって溶融可能な材料で形成された鞘部分と、
同じ加熱処理によって鞘部分と比べて溶融し難いか又は
溶融しない材料で形成された芯部分とを備える芯鞘構造
の複合繊維を例示することができる。より具体的には、
溶融温度又は軟化温度が互いに異なる2種の熱可塑性樹
脂を用いて、相対的に溶融温度又は軟化温度が高い樹脂
で芯部分を形成し、相対的に溶融温度又は軟化温度が低
い樹脂で鞘部分を形成した芯鞘構造の複合繊維を用いる
ことができる。芯鞘構造を構成する樹脂の組み合わせを
例示すると、ポリプロピレン/ポリエチレン、ポリプロ
ピレン/エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン
テレフタレート/ポリエチレン、ポリエチレンテレフタ
レート/ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンテ
レフタレート/ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタ
レート/エチレン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン/ナ
イロン等がある(斜線の左側が芯部分、右側が鞘部分を
表す)。芯鞘構造の複合繊維としては、鞘部分の中に1
本の芯部分が形成されたものだけでなく、鞘部分の中に
複数本の芯部分が並行に配列されたものも使用すること
ができる。
形成された第一の部分と、同じ加熱処理によって第一の
部分と比べて溶融し難いか又は溶融しない材料で形成さ
れた第二の部分とを、繊維の軸方向に沿って並行に配列
し一体化したサイドバイサイド構造の複合繊維を例示で
きる。より具体的には、溶融温度又は軟化温度が互いに
異なる2種の熱可塑性樹脂を用いて、前記の第一の部分
と第二の部分とを形成したサイドバイサイド構造の複合
繊維を用いることもできる。
る方法 ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエステル
樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合
体樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂等を粉砕処理して
粒子状にしたもの、あるいはこの粒子状物をエマルジョ
ンやディスパージョンの状態としたものを、前記1)の
方法で述べたと同様な紙料中に添加し、この紙料を用い
て基紙を抄造する。
接着性バインダー物質を含浸する方法 前記1)の方法で述べたと同様な紙料を用いて基紙を抄
造する際に、抄造途中に設置されたサイズプレス装置等
の装置を使用して基紙に熱接着性バインダー物質を含浸
するか、或いは基紙を抄造した後に含浸装置を使用して
熱接着性バインダー物質を基紙に含浸する。
は、例えばポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、
塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエチレン樹
脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル酸エス
テル共重合樹脂、ポリアミド樹脂、塩素化ポリプロピレ
ン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、
変性ポリビニルアルコール樹脂等の熱可塑性樹脂を、水
または有機溶剤に溶解した樹脂溶液や水系エマルジョン
あるいはディスパージョンを用いることができる。
することもできる。その一例として、熱接着性繊維と熱
接着性粒子を紙料に添加して基紙を抄造し、さらに熱接
着性バインダー物質を含浸する方法を挙げることができ
る。
200g/m2 、より好ましくは60〜120g/m2
とする。坪量が40g/m2 未満では、所定の厚みに造
形するの に長時間掛かり効率が悪くなり、坪量が20
0g/m2 を越すと熱接着効率が悪くなり感熱接着紙同
士の接着力が不足するからである。基紙の坪量を、60
〜120g/m2 とするとこの生産効率と熱接着効率の
バランスがよくなる。
設けることができる。かような構成とすることで造形後
の造形物が空気中の水分を吸収して伸び、時間の経過と
ともに変形することをさらに低減できるからである。防
湿層は、塩化ビニリデン樹脂などの防湿効果の大きな樹
脂を通常2〜15g/m2 基紙の片面若しくは両面に塗
工するなどの方法により設ける。
アクリル酸エステル共重合体、メタアクリル酸エステル
共重合体、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル−アクリル共重
合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸
ビニル−アクリル共重合体、塩化ビニル−エチレン共重
合体、不飽和ポリエステル樹脂、アイオノマー樹脂、S
BR、MBR、NBRなどの熱可塑性樹脂を主体とし、
これに各種の可塑剤やワックス類等の添加剤を必要に応
じて添加したもので、熱可塑性樹脂に各種添加剤を添加
した状態での溶融温度が50〜150℃のものが使用で
きる。50℃より低いと用紙を保存中にブロッキングを
起し、150℃を超えると熱による接着が極端に悪くな
るからである。
系、ホットメルト系のいずれの形態でも良いが、溶剤系
の感熱接着剤を使用する場合は、基紙に溶剤の浸透を防
止する加工を施さなければならないので、本発明では水
系の感熱接着剤を使用することが好ましい。
る前記可塑剤としては、フタル酸ジシクロヘキシル、フ
タル酸ジヘキシルなどの公知の可塑剤を使用できる。こ
れにより、感熱接着紙を加熱積層するときに熱可塑性樹
脂が容易に粘着化し、可塑剤を添加しない場合より低温
で、要求される接着強度を出すことができる。また本発
明では、天然ワックスや合成ワックスなどのワックス類
を熱可塑性樹脂に添加することができる。これにより、
ガラス転移温度が低い樹脂を使用してもブロッキングを
防止できるからである。この他の添加剤として、各種填
料、染料や顔料等の着色剤、老化防止剤、増粘剤等を使
用できる。
物を造形するに際しては、感熱接着紙のホットタック性
がよいことが好ましい場合がある。ホットタック性は、
例えば菓子類を軽包装材(通常は感熱接着剤層を設けた
高分子フィルム)の袋に充填して高速自動包装する場合
に、非常に重要視される特性の一つである。高速自動包
装機にかけられた包装材の袋の接着部は、金属で挟まれ
素早く加熱され、加圧下で熱接着される。熱接着部は接
着層が未だ溶融しているときに加圧状態から解放され
る。袋の底に当たる部分がこのような状態のときに内容
物(菓子類)が高速度で充填されるので、内容物の荷重
のために未だ溶融状態の接着部分は押し剥がされる作用
を受ける。熱接着部のホットタック性とは、接着剤が冷
えて凝固する前の溶融状態でその接着が完全な状態を保
つことを言い、ホットタック性がよいことは充填工程や
接着工程をより高速度で行うことができることを意味す
る。
に際して“ホットタック値”という数値を用いて評価す
る。このホットタック値は、ヒートシールテスター(商
品名「ヒートシールテスターTP701A」、テスター
産業(株)製造)で測定した値を意味する。図2は、そ
の測定原理を示した図である。3は上部シールバー(幅
25mm×長さ300mm)、4は下部シールバーであ
る。試料2、すなわち2枚の感熱接着紙は長尺シート状
で準備され、その表面と裏面(感熱接着剤塗工面)とが
重なるようにして、上部シールバー3と下部シールバー
4とに挟まれるように設置される。2枚の試料2には、
それぞれ直径Rmmのガイドロール1を介して、角度θ
度をもってWgの荷重が掛けられている。この時点では
試料の繰り出し部分を2×Wgの荷重で引っ張り、試料
が動かないようにしてある。上部シールバー3は降下し
て試料を下部シールバー4との間でシール幅25mm×
シール長300mm、加重QkgでS秒圧着シール後上
昇する。上部シールバー3は加温が可能でありシール温
度をT℃に設定することができる。シール後、上部シー
ルバー3が上昇すると同時に、試料の繰り出し部分に掛
かっていた2×Wgの荷重が解放され、試料の先端にそ
れぞれ掛かっている荷重Wgによって、シールされた2
枚の試料が瞬間的に剥がされる。そのとき剥がされた長
尺方向の距離を測定しホットタック値(mm)とする。
すなわちホットタック値が低いほど、ホットタック性が
良好であることを意味する。
を造形する際に、例えば緊急に造形物を製造すべき事態
が発生して三次元造型機のスピードをアップをしようと
すると、つまり加熱ローラーの往復スピードを速めよう
とすると、感熱接着剤の溶融が不十分になり接着不良を
起こすことがある。これを解決するためには加熱ローラ
ーの温度を高くすればよい。しかしこのばあい、感熱接
着剤は過溶融状態になるので、加熱ローラーから受けた
熱を外気に放熱する量より造形物内部にこもる量が多く
なり、感熱接着剤の固化が遅延して内部歪みで造形物を
変形させる(接着剤が積層体の厚み方向にマイグレーシ
ョンして膨れる)という問題を生ずることがある。本発
明者らはこの問題を解決することを目的に種々検討した
結果、感熱接着剤のホットタック値がある値以下である
とこの変形が起こりにくくなることを発見した。
ヒートシールテスターにおけるガイドロールの直径が2
0mm、上部シールバーの圧着荷重が1kg/cm2 、
圧着時間が1秒、試料の先端に掛かる加重Wがそれぞれ
30g、角度θが20度、シール温度が〔接着剤の溶融
温度+30〕℃のときのホットタック値が、造形物の内
部歪みによる変形を評価する指標として適切であり、こ
の値が30mm以下であると接着剤が過溶融状態になっ
ても内部歪みで造形物を変形させる問題は起こらない。
また、ホットタック値が30mm以下の感熱接着紙を使
用すれば、三次元造型機の運転者にとって、造形スピー
ドや加熱ローラーの温度等の工程管理に熟練を必要とし
ないという利点も生まれる。
から冷えて凝固するまでそのシールが完全な状態を保つ
ことを言うので、一般的には、接着剤の凝集力や粘度と
相関が高い。ホットタック値を30mm以下にするに
は、一義的な手法があるわけではなく、一般的に、凝集
力や粘度を高めればよく、感熱接着剤の分子量、粘着付
与剤の添加、溶融時の弾性率などを考慮すればよい。た
だし、他の物性や要因、例えば感熱接着剤の溶融温度や
塗工量などと総合して設計することが重要であることは
言うまでもない。
は、上記感熱接着剤が、エチレン−酢酸ビニル共重合体
樹脂系であり、その溶融温度が60〜90℃であるも
の、また上記感熱接着剤がエチレン−酢酸ビニル共重合
体樹脂系とワックスとの混合物であり、その溶融温度が
60〜90℃であるものが、熱接着効率も良く、耐ブロ
ッキング性にも優れるので本発明に特に好適に使用でき
ることが判った。
通常エアナイフコーター、ブレードコーター、ロールコ
ーターなど、溶剤系の場合にはグラビアコーター、ロー
ルコーターなど、ホットメルト系にはホットメルトコー
ター、イクストルージョンコーターなどの塗工機を使用
して基紙の裏面に塗工する。塗工量は、5〜30g/m
2 (乾燥重量換算)、好ましくは10〜25g/m2 と
する。塗工量が5g/m2 より低いと、接着性が悪くな
り、また30g/m2 を超えるとブロッキングを起こし
易くなり、また接着性は飽和しこれ以上塗工することは
経済的に不利になるからである。
に際して、感熱接着剤層の表面に微細な凹凸形状を形成
することが特に好ましい。こうすることで感熱接着紙を
保存中に接着剤表面は凸部で「点接触」状態になり、耐
ブロッキングを向上できるからである。
成する手段はいかなる手段を採用してもよいが、感熱接
着剤に粉体を添加すること、感熱接着剤層の塗工量を部
分的に変化させることで形成することが簡便な方法であ
り、本発明では好適に採用できる。
ばセルロースパウダー、澱粉粒子、ガラスビーズ、ポリ
エチレン粒子、シリカ粒子等でブロッキングを防止する
効果が大きく、接着力を低下する割合が低いものが好適
に使用できる。通常はこれら粉体の粒子径3〜200μ
mのものを使用する。
化させて微細な凹凸形状を形成する手段としては、接着
剤塗工をグラビア塗工機で行い、所定形状の凹部分を設
けたグラビアロールの凹部に接着剤を満たして基紙に転
写することで所定形状の凹凸を形成する方法や、塗工液
粘度を高くしてロールコーターで塗工して凹凸の筋状の
塗工面を形成する方法や、塗工直後の塗工面をワイヤバ
ーで擦ることでワイヤ筋を形成させる方法などを採用で
きる。
形状である感熱接着剤層を有する感熱接着紙を使用して
三次元造形物を製造する場合には、凸部の接着剤がロー
ル圧によって凹部側に移動するので全体としてほぼ均一
な接着力を発揮するようになる。また、かかる構造にす
ることで、熱接着する際に加熱ローラーの熱が基紙に達
して、基紙に含まれる水分が蒸発し、その逃げ場が無く
なり基紙を浮かせることから生ずる部分的に接着不良を
起こすトラブルを低減できるメリットもある。
接着剤の塗工層を設けるが、基紙の表面(感熱接着剤塗
工層と反対の面)に熱可塑性樹脂を少量塗工することも
適宜行うことができる。この熱可塑性樹脂の種類として
は、感熱接着剤層に用いたものと同様な樹脂、即ち、ア
クリル酸エステル共重合体、メタアクリル酸エステル共
重合体、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル−アクリル共重合
体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビ
ニル−アクリル共重合体、塩化ビニル−エチレン共重合
体、アイオノマー樹脂、SBR、MBR、NBRなどを
用いることができ、通常塗工量は、0.5〜5g/m2
とする。この層を設けることにより、基紙の裏面に設け
た感熱接着剤層とのなじみがよくなり、強固な接着が得
られやすくなる。しかしこのような構造にすると三次元
の造形物を製造する際、熱ローラー表面に熱可塑性樹脂
が転移してローラーを汚染する問題を引き起こしやすく
なる。この問題を防止するには熱ローラー表面をポリテ
トラフルオロエチレン樹脂等の離型性に優れた樹脂で被
覆することが効果がある。
細に説明するが、重量はいずれも乾燥重量を表す。
ー物質を含まないもの) NBKP25重量部およびLBKP75重量部からなる
原料パルプを400mlC.S.F.に叩解し、カオリ
ンを対パルプ5重量%、ロジンサイズ剤を対パルプ0.
6重量%、硫酸バンドを対パルプ2重量%、湿潤紙力増
強剤としてポリアミン・ポリアミド・エピクロルヒドリ
ン系樹脂(商品名「WS−500」、日本PMC(株)
製造)を対パルプ0.5重量%添加して紙料を調製し、
長網抄紙機を使用して常法に従い各種坪量の基紙を抄造
した。
およびLBKP70重量部、ポリエチレン系合成パルプ
(商品名「SWP E400」、三井化学(株)製造)
5重量部からなる原料パルプを400mlC.S.F.
に叩解し、カオリンを対パルプ5重量%、ロジンサイズ
剤を対パルプ0.6重量%、硫酸バンドを対パルプ2重
量%、湿潤紙力増強剤としてポリアミン・ポリアミド・
エピクロルヒドリン系樹脂(商品名「WS−500」)
を対パルプ0.5重量%添加して紙料を調製し、長網抄
紙機を使用して常法に従い各種坪量の基紙を抄造した。
およびLBKP65重量部、ポリエチレン系合成パルプ
(商品名「SWP E400」)10重量部からなる原
料パルプを400mlC.S.F.に叩解し、カオリン
を対パルプ5重量%、ロジンサイズ剤を対パルプ0.6
重量%、硫酸バンドを対パルプ2重量%、湿潤紙力増強
剤としてポリアミン・ポリアミド・エピクロルヒドリン
系樹脂(商品名「WS−500」)を対パルプ0.5重
量%添加して紙料を調製し、長網抄紙機を使用して常法
に従い各種坪量の基紙を抄造した。
およびLBKP55重量部、ポリエチレン系合成パルプ
(商品名「SWP E400」)20重量部からなる原
料パルプを400mlC.S.F.に叩解し、カオリン
を対パルプ5重量%、ロジンサイズ剤を対パルプ0.6
重量%、硫酸バンドを対パルプ2重量%、湿潤紙力増強
剤としてポリアミン・ポリアミド・エピクロルヒドリン
系樹脂(商品名「WS−500」)を対パルプ0.5重
量%添加して紙料を調製し、長網抄紙機を使用して常法
に従い各種坪量の基紙を抄造した。
およびLBKP45重量部、ポリエチレン系合成パルプ
(商品名「SWP E400」)30重量部からなる原
料パルプを400mlC.S.F.に叩解し、カオリン
を対パルプ5重量%、ロジンサイズ剤を対パルプ0.6
重量%、硫酸バンドを対パルプ2重量%、湿潤紙力増強
剤としてポリアミン・ポリアミド・エピクロルヒドリン
系樹脂(商品名「WS−500」)を対パルプ0.5重
量%添加して紙料を調製し、長網抄紙機を使用して常法
に従い各種坪量の基紙を抄造した。
およびLBKP70重量部、芯鞘構造を有する複合繊維
(商品名「ES−CHOP」、チッソ(株)製造、芯材
料:ポリプロピレン、鞘材料:ポリエチレン)5重量部
からなる原料パルプを400mlC.S.F.に叩解
し、カオリンを対パルプ5重量%、ロジンサイズ剤を対
パルプ0.6重量%、硫酸バンドを対パルプ2重量%、
湿潤紙力増強剤としてポリアミン・ポリアミド・エピク
ロルヒドリン系樹脂(商品名「WS−500」)を対パ
ルプ0.5重量%添加して紙料を調製し、長網抄紙機を
使用して常法に従い各種坪量の基紙を抄造した。
およびLBKP65重量部、芯鞘構造を有する複合繊維
(商品名「ES−CHOP」)10重量部からなる原料
パルプを400mlC.S.F.に叩解し、カオリンを
対パルプ5重量%、ロジンサイズ剤を対パルプ0.6重
量%、硫酸バンドを対パルプ2重量%、湿潤紙力増強剤
としてポリアミン・ポリアミド・エピクロルヒドリン系
樹脂(商品名「WS−500」)を対パルプ0.5重量
%添加して紙料を調製し、長網抄紙機を使用して常法に
従い各種坪量の基紙を抄造した。
およびLBKP55重量部、芯鞘構造を有する複合繊維
(商品名「ES−CHOP」)20重量部からなる原料
パルプを400mlC.S.F.に叩解し、カオリンを
対パルプ5重量%、ロジンサイズ剤を対パルプ0.6重
量%、硫酸バンドを対パルプ2重量%、湿潤紙力増強剤
としてポリアミン・ポリアミド・エピクロルヒドリン系
樹脂(商品名「WS−500」)を対パルプ0.5重量
%添加して紙料を調製し、長網抄紙機を使用して常法に
従い各種坪量の基紙を抄造した。
およびLBKP75重量部からなる原料パルプを400
mlC.S.F.に叩解し、カオリンを対パルプ5重量
%、ロジンサイズ剤を対パルプ0.6重量%、硫酸バン
ドを対パルプ2重量%、湿潤紙力増強剤としてポリアミ
ン・ポリアミド・エピクロルヒドリン系樹脂(商品名
「WS−500」)を対パルプ0.5重量%添加して紙
料を調製し、長網抄紙機を使用して常法に従い各種坪量
の原紙を抄造し、次いで、熱可塑性樹脂ディスパージョ
ン(商品名「TKR−73」、高松油脂(株)製造、変
性ポリ酢酸ビニルエマルジョン)を基紙に対して10重
量%含浸した。
酸ビニル共重合エマルジョンとワックスエマルジョンを
種々の混合割合で混合して溶融温度の異なる感熱接着剤
(A1=溶融温度77℃、A2=溶融温度40℃、A3
=溶融温度180℃)を調製し、これをグラビアコータ
ーを用いて塗工した。
ステル樹脂(溶融温度150℃)をグラビアコーターを
用いて塗工した。
ステル樹脂(溶融温度50℃)をグラビアコーターを用
いて塗工した。
した基紙及び感熱接着紙の構成、すなわち、基紙の種類
と坪量、感熱接着剤の種類、溶融温度、塗工量、塗工面
の凹凸の有無をまとめて示す。なお、感熱接着剤塗工面
の凹凸は塗工直後の塗工面をワイヤバーで擦ることで形
成した(凸部と凸部の間隔は0.7mm)。
た基紙及び感熱接着紙の構成、すなわち、基紙の種類と
坪量、感熱接着剤の溶融温度、塗工量、塗工面の凹凸の
有無をまとめて示す。
目についての評価を行った。結果を表2にまとめて示
す。 [耐ブロッキング性の評価]5×5cmの大きさの感熱
接着紙サンプルを、接着剤塗工面と非塗工面が順次重な
るように10枚重ねて、30℃の恒温槽中で、500g
/cm2 の加重をかけて放置し、冷却後サンプルを剥離
してブロッキングの状態を評価した。評価は5点法で行
い、全くブロッキングが起きない状態を5点、ブロッキ
ングが著しく起きている状態を1点として評価した。3
点以上(剥離する際に紙を破壊するようなブロッキング
が起きていない状態)が実用上必要である。なお、表2
中の比較例2の感熱接着紙はブロッキングが著しく起き
ており、実用に供せないものであったため、造形物を製
造しなかった。
ような三次元造型機(商品名「LOM1015E」、豊
田工機(株)販売)を使用して、加熱ローラーの温度、
接着速度を表2に示す値に設定して、縦、横、高さがい
ずれも100mmの立方体造形物を製造し、次の評価を
行った。
剥がして5点法で評価した。5点は理想的な接着性を示
すことを、1点は全く接着していないことを示し、実用
的には3点以上が必要である。
に示したヒートシールテスター(商品名「ヒートシール
テスターTP701A」、テスター産業(株)製)を用
いて感熱接着紙のホットタック値を測定した。測定条件
は、ガイドロールの直径が20mm、上部シールバーの
圧着荷重が1kg/cm2 、圧着時間が1秒、試料の先
端に掛かる加重Wがそれぞれ30g、角度θが20度、
シール温度が〔接着剤の溶融温度+30〕℃のときのホ
ットタック値である。また表2には、上記の条件で熱接
着したときの造形物の変形の有無を示した。
(縦、横、高さがいずれも100mm)を通常の室内環
境(20℃、40〜60%RH)に24時間放置し、こ
のときの造形物の高さをHmmとした。((H−10
0)/100)×100の値を、造形物の高さ変化率
(%)として示した。この値が0.3%以下であること
が鋳型の寸法精度として要求される。
した。5点は全く問題のないことを、1点は著しい欠点
があることを示し、実用的には3点以上が必要である。
かる。 1)各実施例と比較例1の対比から、基紙に熱接着性バ
インダー物質を含むと、造形物の高さ変化率が0.3%
以下となり、空気中の水分変化があっても造形物の寸法
精度に優れることがわかる。 2)実施例1〜4間の対比、及び実施例5〜7間の対比
から、熱接着性バインダー物質の基紙中の含有比率を高
くするほど、造形物の寸法精度が高まることがわかる。 3)実施例1〜4と実施例5〜7と実施例8との対比か
ら、熱接着性バインダー物質としてポリエチレン系の合
成パルプを紙料に添加して抄造した基紙を使用すること
が、造形物の寸法精度向上に最も好適であることがわか
る。 4)比較例3においては、感熱接着紙の接着性能が悪い
ため、造形物の端面部分に感熱接着紙間で隙間が生じ、
この隙間からの水分の吸収が大きくなる結果、造形物の
高さ変化率が大きくなることがわかる。
の三次元造型機用感熱接着紙によれば、三次元造型機に
好適に用いることができる感熱接着性を具備し、しか
も、造形物が空気中の水分を吸放出することによって伸
縮するのを効果的に抑制でき、造形物に特別な被覆を施
さずとも高い寸法精度をもたらすことができる。
ための三次元造型機の一例を示す説明図である。
を示す説明図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 裏面に感熱接着剤層を設けた感熱接着紙
を、上下動可能な台の上面に順次供給し、この供給され
た感熱接着紙の表面を押圧しながら加熱して上記台また
は既に供給された感熱接着紙の表面に接着するととも
に、これらの感熱接着紙に所定形状の切断線を設けて複
数の層から成る積層体を形成し、この積層体から不要部
分を除去することにより三次元造形物を得る三次元造形
機に使用する感熱接着紙において、溶融温度が50〜1
50℃の感熱接着剤層を坪量40〜200g/m2 の基
紙の裏面に5〜30g/m2 設けたこと、および前記基
紙はセルロース繊維を主体としこれに熱接着性バインダ
ー物質5〜60重量%を含有させたものであることを特
徴とする三次元造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項2】 前記感熱接着剤のホットタック値が30
mm以下であることを特徴とする請求項1記載の三次元
造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項3】 前記基紙の坪量が60〜120g/m2
であることを特徴とする請求項1または2記載の三次元
造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項4】 前記感熱接着剤が、エチレン−酢酸ビニ
ル共重合体系の樹脂であることを特徴とする請求項1〜
3のいずれか1項記載の三次元造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項5】 前記感熱接着剤がエチレン−酢酸ビニル
共重合体系の樹脂とワックスとの混合物であり、その溶
融温度が60〜90℃であることを特徴とする請求項1
〜4のいずれか1項記載の三次元造形機用の感熱接着
紙。 - 【請求項6】 前記感熱接着剤層を、基紙の裏面に10
〜25g/m2 設けたことを特徴とする請求項1〜5の
いずれか1項記載の三次元造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項7】 前記感熱接着剤層の表面に微細な凹凸形
状が形成されていることを特徴とする請求項1〜6のい
ずれか1項記載の三次元造型機用の感熱接着紙。 - 【請求項8】 前記微細な凹凸形状が感熱接着剤に粉体
を添加することで形成されていることを特徴とする請求
項7記載の三次元造型機用の感熱接着紙。 - 【請求項9】 前記微細な凹凸形状が感熱接着剤層の塗
工量を部分的に変化させることで形成されていることを
特徴とする請求項7または8に記載の三次元造型機用の
感熱接着紙。 - 【請求項10】 前記基紙が湿潤紙力増強剤を用いて抄
紙されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか
1項記載の三次元造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項11】 前記基紙に防湿層を設けることを特徴
とする請求項1〜10のいずれか1項記載の三次元造形
機用の感熱接着紙。 - 【請求項12】 前記基紙の表面に熱可塑性樹脂層を
0.5〜5g/m2 設けたことを特徴とする請求項1〜
11のいずれか1項記載の三次元造形機用の感熱接着
紙。 - 【請求項13】 前記熱接着性バインダー物質の溶融温
度が50〜180℃であることを特徴とする請求項1〜
12のいずれか1項記載の三次元造形機用の感熱接着
紙。 - 【請求項14】 前記熱接着性バインダー物質が、熱接
着性繊維であることを特徴とする請求項1〜13のいず
れか1項記載の三次元造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項15】 前記熱接着性繊維がポリオレフィン系
の合成パルプであることを特徴とする請求項14項記載
の三次元造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項16】 前記熱接着性繊維は、相対的に溶融温
度又は軟化温度が高い樹脂で芯部分を形成し、相対的に
溶融温度又は軟化温度が低い樹脂で鞘部分を形成した芯
鞘構造を有する複合繊維であることを特徴とする請求項
14記載の三次元造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項17】 前記熱接着性繊維が、溶融温度又は軟
化温度が互いに異なる熱可塑性樹脂を繊維の軸方向に沿
って並行に配列し一体化したサイドバイサイド構造を有
する複合繊維であることを特徴とする請求項14記載の
三次元造形機用の感熱接着紙。 - 【請求項18】 前記熱接着性バインダー物質が、熱接
着性粒子であることを特徴とする請求項1〜13のいず
れか1項記載の三次元造型機用の感熱接着紙。 - 【請求項19】 前記基紙は、基紙の抄造途中又は抄造
後に熱接着性バインダー物質を含浸させたものであるこ
とを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項記載の三
次元造型機用の感熱接着紙。 - 【請求項20】 請求項1〜19のいずれか1項に記載
の前記感熱接着紙を、上下動可能な台の上面に順次供給
し、この供給された感熱接着紙の表面を押圧しながら加
熱して上記台または既に供給された感熱接着紙の表面に
接着するとともに、これらの感熱接着紙に所定形状の切
断線を設けて複数の層から成る積層体を形成し、この積
層体から不要部分を除去することにより製造された三次
元造形物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000064639A JP2001254060A (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 三次元造形機用の感熱接着紙、及び三次元造形物 |
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