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公開番号2025145025
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2024044994
出願日2024-03-21
発明の名称座屈剥離構造の予測装置および予測方法
出願人NTT株式会社,国立大学法人東京大学
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類B32B 43/00 20060101AFI20250926BHJP(積層体)
要約【課題】座屈剥離の方法で作製される膨潤性薄膜の3次元形状の予測を可能とする、座屈剥離構造の予測装置を提供する。
【解決手段】本発明の座屈剥離構造の予測装置100は、基板の一面に接着した膨潤性薄膜の一部の剥離により、形成される座屈剥離構造の予測装置であって、基板の一面における、膨潤性薄膜の剥離領域のパターンを入力する剥離領域入力部101と、有限要素法の解析に必要な、膨潤性薄膜のパラメータを入力する膨潤性薄膜パラメータ入力部102と、パラメータを用いた有限要素法により、膨潤率が増加して座屈剥離するごとに、得られる膨潤性薄膜の座屈剥離形状を解析する有限要素解析部103と、得られた座屈剥離形状のデータを格納する座屈剥離形状データ格納部104と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板の一面に接着した膨潤性薄膜の一部の剥離により、形成される座屈剥離構造の予測装置であって、
前記基板の一面における、前記膨潤性薄膜の剥離領域のパターンを入力する剥離領域入力部と、
有限要素法の解析に必要な、前記膨潤性薄膜のパラメータを入力する膨潤性薄膜パラメータ入力部と、
前記パラメータを用いた前記有限要素法により、膨潤率が増加して座屈剥離するごとに、得られる前記膨潤性薄膜の座屈剥離形状を解析する有限要素解析部と、
得られた前記座屈剥離形状のデータを格納する座屈剥離形状データ格納部と、を備えることを特徴とする座屈剥離構造の予測装置。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
基板の一面に接着した膨潤性薄膜の一部の剥離により、形成される座屈剥離構造の予測方法であって、
前記基板の一面における、前記膨潤性薄膜の剥離領域のパターンを入力する剥離領域入力工程と、
有限要素法の解析に必要な、前記膨潤性薄膜のパラメータを入力する膨潤性薄膜パラメータ入力工程と、
前記パラメータを用いた前記有限要素法により、膨潤率が増加して座屈剥離するごとに、得られる前記膨潤性薄膜の座屈剥離形状を解析する有限要素解析工程と、
得られた前記座屈剥離形状のデータを格納する座屈剥離形状データ格納工程と、を有する、ことを特徴とする座屈剥離構造の予測方法。
【請求項３】
前記有限要素解析工程において、前記膨潤性薄膜の初期の膨潤率を１として、ステップごとに、０．００１～０．１の比率で膨潤率を増加させ、各ステップで得られた解を、次のステップの初期条件とし、前記解を逐次更新する、ことを特徴とする請求項２に記載の座屈剥離構造の予測方法。
【請求項４】
前記一面における前記剥離領域の形状を矩形とし、
前記矩形の対向する一対の辺の長さを１００μｍ以上、３０００μｍ以下とする、ことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の座屈剥離構造の予測方法。
【請求項５】
前記一面における前記剥離領域の形状を、中央部と、前記中央部から複数方向に延びる延在部とで構成されると形状とし、
前記延在部の幅を１００μｍ以上、３０００μｍ以下とする、ことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の座屈剥離構造の予測方法。
【請求項６】
前記一面における前記膨潤性薄膜の接着領域の幅を、３００μｍ以上とする、ことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の座屈剥離構造の予測方法。
【請求項７】
前記膨潤性薄膜として、水中または有機溶剤中で膨潤する材料で構成されるものを用いる、ことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の座屈剥離構造の予測方法。
【請求項８】
前記膨潤性薄膜として、所定の刺激によって体積変化する材料で構成されるものを用いる、ことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の座屈剥離構造の予測方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着界面が制御された固体基板と膨潤性薄膜の積層体において、膨潤によって生じる座屈剥離形状の３次元構造を、有限要素解析により予測計算する装置および方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
溶媒などの出入りによって形状（体積）を変化させることができる膨潤性材料は、変位や力を生み出す運動素子として、医療・バイオ・ロボティクスなど幅広い分野での応用が注目されている（非特許文献１）。中でも、薄膜状の膨潤性材料（膨潤性薄膜）は、その柔軟性や応答速度から、実際の生体に近い物性・特性・動きを再現可能とする特徴を有し、その将来性が期待されている。
【０００３】
こうした膨潤性薄膜の応用範囲を拡大するために、用途に合わせて様々に形状制御できることが求められている。形状制御の一例として、座屈剥離を利用する方法が、特許文献１および非特許文献２で開示されている。この方法によれば、固体基板と膨潤性薄膜間の接着界面を制御することで、膨潤による圧力増加をトリガーとし、任意箇所における膨潤性薄膜の剥離が可能になる。そのため、剥離パターン、膨潤性薄膜の物性に関する各種パラメータを制御することで、膨潤性薄膜の一部を３次元的に浮き上がらせて、多種多彩な形状を作製することができる。
【０００４】
一方で、制御する各種パラメータから、作製される３次元形状を予想することは難しい。実際に所望の３次元形状を得るためには、各種パラメータで実際に３次元形状を作製し、パラメータと３次元形状の関係を把握した上で、その関係を参照して、所望の３次元形状に対応するパラメータを選択する必要がある。これらの作業には膨大な手間と時間が必要とされ、作業を行う人間の負担を軽減することが課題とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－０６２８４３号公報
【非特許文献】
【０００６】
R. Takahashi, et al. Adv. Funct. Mater, 33, 2300184 (2023).
医療健康の未来を拓くバイオニクス技術｜ＮＴＴ技術ジャーナル、２０２１，５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、座屈剥離の方法で作製される膨潤性薄膜の３次元形状の予測を可能とする、座屈剥離構造の予測装置および予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
【０００９】
（１）本発明の一態様に係る座屈剥離構造の予測装置は、基板の一面に接着した膨潤性薄膜の一部の剥離により、形成される座屈剥離構造の予測装置であって、前記基板の一面における、前記膨潤性薄膜の剥離領域のパターンを入力する剥離領域入力部と、有限要素法の解析に必要な、前記膨潤性薄膜のパラメータを入力する膨潤性薄膜パラメータ入力部と、前記パラメータを用いた前記有限要素法により、膨潤率が増加して座屈剥離するごとに、得られる前記膨潤性薄膜の座屈剥離形状を解析する有限要素解析部と、得られた前記座屈剥離形状のデータを格納する座屈剥離形状データ格納部と、を備える。
【００１０】
（２）本発明の一態様に係る座屈剥離構造の予測方法は、基板の一面に接着した膨潤性薄膜の一部の剥離により、形成される座屈剥離構造の予測方法であって、前記基板の一面における、前記膨潤性薄膜の剥離領域のパターンを入力する剥離領域入力工程と、有限要素法の解析に必要な、前記膨潤性薄膜のパラメータを入力する膨潤性薄膜パラメータ入力工程と、前記パラメータを用いた前記有限要素法により、膨潤率が増加して座屈剥離するごとに、得られる前記膨潤性薄膜の座屈剥離形状を解析する有限要素解析工程と、得られた前記座屈剥離形状のデータを格納する座屈剥離形状データ格納工程と、を有する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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