JP2002012901A - 立体品及び立体品製作方法並びに立体品造形システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＲＰを活用して寸法精度と強度特性に優れた
大型の立体品を提供すること。 【解決手段】 位置決め形状を有する多孔質品の立体形
状を設計するＣＡＤ準備工程Ｐ１と、ＣＡＤデータをも
とにＳＬＳ法により造形品を作成するＳＬＳ造形工程Ｐ
２、粉末の選択的焼結によって複数の多孔質部品を作製
する焼結工程Ｐ３、複数の多孔質部品を組立てて複合多
孔質品とする多孔質品組立工程Ｐ３、それに複合多孔質
品に溶浸を施す溶浸工程Ｐ５工程によって立体品を作成
するようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、模型・金型・部品
・製品などの立体品とその製作方法に係り、特に大型で
高い強度が要求される立体品とその製作に好適な製作方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータのＣＡＤデータを迅速、簡
便に実体化する技術はＲＰ(ラピッドプロトタイピング
の略称)と呼ばれるが、この方法は、一般に１０μｍ〜
１ｍｍの厚さの薄層を多数積み重ねていくことによって
造形を行うものであり、このため、複雑な形状でも工程
を変えずに創成することができるという特徴がある。

【０００３】そこで、例えば実験を繰り返しながら部品
の形状を最適化していくような設計業務に導入すること
により、ＲＰの特徴を充分に活かし、実験用の模型など
の立体品を、３次元ＣＡＤデータから随時安価に作成す
ることができる。

【０００４】そして、この結果、３次元ＣＡＤを中心と
した形態に設計業務を移行させ、コンカレント化を実現
することができ、且つ、利用者に製品の意匠設計を任
せ、需要に応じた一品生産を行って製品の付加価値を高
めるという、カスタムデザイン生産を実現することもで
きる。

【０００５】ところで、このＲＰにおいて、原材料の粉
末にレーザビームを照射し、粉末材を部分的に焼結して
造形する方法を、選択的レーザ焼結法(ＳＬＳ法)という
が、このＳＬＳ法の最大の特徴は、金属やセラミックを
用いて立体品が製作できるところにある。

【０００６】この場合の立体品の製作工程は、一般的に
次の３段階からなる。 (1) 樹脂をコーティングした金属やセラミックスの粉末
を用い、コーティングされている樹脂をＳＬＳ法により
焼結して造形を得るＳＬＳ造形工程。 (2) 得られた造形品を加熱し、焼結されている樹脂を熱
分解して除去すると共に粉末を焼結して空孔率が１０％
〜５０％の多孔質品とする焼結工程。 (3) 多孔質品に溶浸処理を施して内部空洞を埋め、真密
度の金属・セラミックス立体品、つまり真密度立体品に
する溶浸工程。

【０００７】ここで、溶浸処理とは、毛細管現象を利用
して、液体の状態にある物質を多孔質品の空洞部に浸透
させる処理のことで、例えばステンレス粉末の多孔質品
の場合、銅を溶浸材として用い、その融点以上に加熱し
て溶融させ、多孔質品の空洞部に浸透させることにな
る。

【０００８】このとき、銅などの金属に代えて、溶浸材
として樹脂(合成樹脂)を用い、これを液状にして浸透さ
せる方法や、もともと液状の反応硬化性樹脂を浸透させ
る方法もあり、ここでは、これも同じく溶浸処理と呼ぶ
ことにする。

【０００９】しかし、このＳＬＳ法の場合、従来技術で
は、工程の始めにあるＳＬＳ造形工程で製作可能な造形
品の大きさにより、製作可能な立体品の大きさの最大値
が決められるので、大型の造形品を得るためには、それ
に対応してＳＬＳ造形装置も大型にしなければならず、
この結果、装置コストの上昇を招くので、好ましくな
い。

【００１０】その上、溶浸前の材料の強度が小さい場合
は造形品の強度に限度があり、大型の造形品を得たとし
ても、強度が不足で自重による破損する虞れがあり、さ
らに、僅かな破損によって造形品全体が不良品になり、
使いものにならなくなってしまう。

【００１１】そこで、例えば、特開平１１−７７２３８
号公報では、ＳＬＳ造形品による寸法の小さい部分と、
機械加工可能なワックスにより製作した寸法の大きい部
分とを一体に組立てることにより、インベストメント鋳
造法に用いる大型の消失模型を得る方法について開示し
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、大型
の立体品にＳＬＳ法による造形を適用する点について配
慮がされておらず、ＲＰ法の利点を活かした造形が困難
であるという問題があった。

【００１３】上記公報に開示されている従来技術は、あ
くまでもインベストメント鋳造法における消失模型を対
象としたもので、この場合はマスタモデルとして鋳型に
転写する工程が必要なため、作成に時間を要することに
なり、簡便性と迅速性が損なわれる。また、鋳造工程自
体も、溶解炉等の大規模な設備を必要とする。

【００１４】また、この従来技術では、ワックスにより
製作した部品とＳＬＳ造形品とを一体化して消失模型と
するとき、はり合わせが必要であるが、このとき、はり
合わせ位置がずれて形状精度が損なわれてしまう虞れが
あり、さらに、はり合わせに使用した接着剤による接着
強度が得られるまでに時間を要するので、迅速性が損な
われる。

【００１５】本発明の目的は、ＲＰを活用して寸法精度
と強度特性に優れた大型の立体品を提供することにあ
り、更に、このような立体品が迅速且つ簡便に製作でき
るようにした立体品製作方法と立体品造形システムを提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、多孔質立体
品の溶浸処理により真密度立体品として形成された立体
品において、前記多孔質立体品が、複数の多孔質部品に
分けて作成された後、これらの多孔質部品を組合わせて
作成された複合多孔質立体品であり、前記真密度立体品
が、前記溶浸処理により、前記複数の多孔質部品の組合
わせ部分も含めて溶浸されていることにより達成され
る。

【００１７】また、上記目的は、多孔質立体品を溶浸処
理して真密度立体品を作成する方式の立体品製作方法に
おいて、前記溶浸処理工程の前に、前記多孔質立体品を
複数の多孔質部品に分けて作成する工程と、前記複数の
多孔質部品を組合わせて前記多孔質立体品にする工程を
設け、前記複数の多孔質部品の組合わせ部分も含めて溶
浸された真密度立体品が得られるようにして達成され
る。

【００１８】更に、上記目的は、多孔質品の形状を設計
してＣＡＤデータを作成するＣＡＤ装置と、前記ＣＡＤ
データに基づいて前記多孔質品を作製する多孔質品造形
装置と、前記多孔質品を組み立てて複合多孔質品とする
組立装置と、前記複合多孔質品に溶浸材を溶浸して立体
品を得る溶浸装置とで立体品造形システムを構成するこ
とにより達成される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による立体品及び立
体品製作方法並びに立体品造形システムについて、図示
の実施の形態により詳細に説明する。図１は、所望の立
体品を分割して記述しているＣＡＤデータ(Ｄ１，Ｄ
２，……)から立体品を製作するようにした本発明の一
実施形態による処理をフローチャートで示したもので、
この図１に示した立体品製作方法Ｐは、図示のように、
ＣＡＤ準備工程Ｐ１とＳＬＳ造形工程Ｐ２、焼結工程Ｐ
３、組立工程Ｐ４、それに溶浸工程Ｐ５から構成されて
いる。

【００２０】ＣＡＤ準備工程Ｐ１は、摺り合せ面付位置
決め形状を有する複数の多孔質部品の形状を設計してＣ
ＡＤデータを得る工程で、ここで、要求された所望の立
体品について、それを複数の部品に分割して記述したＣ
ＡＤデータ(Ｄ１，Ｄ２，……)が作成される。

【００２１】ＳＬＳ造形工程Ｐ２は、ＣＡＤデータ(Ｄ
１，Ｄ２，……)が記述している立体品を、ＳＬＳ造形
装置を使用して造形し、造形品を作成する工程である。
焼結工程Ｐ３は、造形品を形成している粉末のコーティ
ング層を６００℃以上で加熱除去し、造形品の粉末を焼
結させて多孔質部品を作成する工程である。

【００２２】組立工程Ｐ４は、多孔質部品を互いの位置
決め形状部で嵌合させ、複合多孔質立体品を作成する工
程である。溶浸工程Ｐ５は、複合多孔質立体品に溶浸材
を溶浸して真密度立体品を作成する工程である。

【００２３】次に、この実施形態による処理について、
要求された完成品、つまり真密度立体品がプロペラ水車
(固定翼のカプラン水車)ランナである場合を例にして説
明する。

【００２４】従って、この場合、ＣＡＤ準備工程Ｐ１で
は、水車ランナの作成に必要なＣＡＤデータを作成する
ことになるが、このとき、上記したように、本発明で
は、要求された立体品を複数の所定の大きさの部分に分
割した部品として作成し、これを造形して多孔質部品と
してから組合わせ、複合多孔質立方品とした後、溶浸処
理するものであり、このため、図３に示すように、水車
ランナ全体を、ハブ部Ｋ１０と、ランナベーン部Ｋ２０
に分割して設計するようになっている。

【００２５】そこで、まず、図３(a)に示すハブ部Ｋ１
０の場合、ＣＡＤデータＤ１が記述するのは、ハブ本体
Ｋ１１と、水車の主軸を取付けるための軸孔Ｋ１２を有
するボスＫ１３の形状と、嵌合孔Ｋ１４とキー溝Ｋ１５
を有するハブ側嵌合部Ｋ１６の形状となる。

【００２６】次に、図３(b)に示すランナベーン部Ｋ２
０の場合、ＣＡＤデータＤ２が記述するのは、翼部Ｋ２
１の形状と、嵌合軸Ｋ２２とキー部Ｋ２３及びテーパ孔
Ｋ２４を設けるための軸部とを有するベーン側嵌合部Ｋ
２５の形状となる。なお、このランナベーン部Ｋ２０は
複数枚あるが、全て同一の形状なので、ＣＡＤデータＤ
２は１種類でよい。

【００２７】ここで、嵌合孔Ｋ１４とキー溝Ｋ１５を有
するハブ側嵌合部Ｋ１６の形状と、嵌合軸Ｋ２２とキー
部Ｋ２３及びテーパ孔Ｋ２４を設けるための軸部とを有
するベーン側嵌合部Ｋ２５の形状が、上記したＣＡＤ準
備工程Ｐ１における摺り合せ面付位置決め形状のことで
ある。

【００２８】このとき、ハブ側嵌合部Ｋ１６の嵌合孔Ｋ
１４とベーン側嵌合部Ｋ２５の嵌合軸Ｋ２２には夫々所
定の勾配を持ったテーバが付けられており、従って、嵌
合孔Ｋ１４に嵌合軸Ｋ２２を挿入することにより、翼部
Ｋ２１をハブ本体Ｋ１１に強固に組付けることができ、
且つ、このとき、キー溝Ｋ１５にキー部Ｋ２３が入り込
むことにより、翼部Ｋ２１の回動が抑えられ、テーパ孔
Ｋ２４に図示してないキーを挿入することにより、翼部
Ｋ２１がハブ本体Ｋ１１から抜け出すのが抑えられるよ
うにする。

【００２９】次に、ＳＬＳ造形工程Ｐ２において、ＣＡ
Ｄ形状データＤ(Ｄ１又はＤ２)が記述している形状から
造形品の造形を得る方法について説明する。図４は、こ
のＳＬＳ造形に使用されるＳＬＳ造形装置の一例で、こ
こに示したＳＬＳ造形装置Ａは、まず、樹脂コーティン
グしたステンレス粉末からなる材料粉末Ｂを充填し保持
するためのコンテナＡ１を備えている。

【００３０】そして、更に、このコンテナＡ１内に充填
されている材料粉末Ｂの表面を平坦化するリコータＡ２
と、このリコータＡ２を往復移動させるリコータ駆動装
置Ａ３、材料粉末Ｂの表面にレーザビームを照射するレ
ーザヘッドＡ４、このレーザヘッドＡ４を前後左右に走
査するスキャナＡ５を備えている。

【００３１】また、コンテナＡ１には、材料粉末Ｂと共
に造形品が載置されるエレベータＡ６と、このエレベー
タＡ６を上下に移動させるエレベータ駆動装置Ａ７が設
けてある。ここで、Ａ１５はリコータＡ２の送りネジ
で、Ａ１６はレーザヘッドＡ４の送りネジである。

【００３２】Ａ１０は制御装置で、ＳＬＳ造形装置Ａ全
体の動作は、この制御装置Ａ９から発生される信号Ｘに
より制御されるが、ここで、まず、信号Ｘ１は、リコー
タ駆動装置Ａ３を動作させ、電力を供給するリコータ駆
動信号で、次に信号Ｘ２は、レーザヘッドＡ４の走査経
路とレーザビームの明減を制御し、電力を供給するスキ
ャナ・レーザ駆動信号であり、更に信号Ｘ３は、エレベ
ータ駆動装置Ａ７を動作させ、電力を供給するエレベー
タ駆動信号である。

【００３３】次に、このＳＬＳ造形装置Ａの動作を図５
により説明する。このＳＬＳ造形装置Ａは、平坦化され
た材料粉末Ｂの表面にレーザビームを走査させながら照
射していくことにより、表面にある材料粉末Ｂを焼結し
て(即ち、コーティング層を溶融させ、粉末粒子を相互
に結合させて)ＣＡＤ形状データＤが記述している造形
品の、或る高さ位置での断面形状を持つ層を作る。そし
て、この断面形状を持つ層を、最初の高さから順次積み
重ねてゆくことにより、所望の立体形状の造形品を造形
するのである。

【００３４】制御装置Ａ１０は、３次元ＣＡＤ１１から
ＣＡＤ形状データＤを受信すると、これをもとに造形品
の立体形状を持つ立体データを生成する。次に、積層の
ため、この立体データと、それぞれの高さにある水平面
の交わりを計算し、造形品の断面形状を算出する。この
とき、材料粉末Ｂの表面の水平面上を(ｘ、ｙ)の直角座
標系とし、各層毎に、リコータ駆動信号Ｘ１、スキャナ
・レーザ駆動信号Ｘ２、エレベータ駆動信号Ｘ３を自動
的に生成する。

【００３５】まず、リコータ駆動信号Ｘ１により、リコ
ータ駆動装置Ａ３のモータＡ２０が動作して送りネジＡ
１６が回転し、これがボール歯車Ａ１８により直線運動
に変換され、リコータＡ２が移動される。また、このと
き、同じくリコータ駆動信号Ｘ１により、モータ内蔵の
ローラＡ１８が回転し、材料粉末Ｂの表面がならされて
リコート(再被覆)される。

【００３６】次に、スキャナ・レーザ駆動信号Ｘ２によ
り、ｘ軸方向モータＡ１３が動作してｘ方向送りネジＡ
１５が回転すると、ボールナットＡ１２によりレーザヘ
ッドＡ４はｘ方向に動かされる。同様に、ｙ軸方向モー
タＡ１４が動作され、ｙ方向送りネジＡ１６が回転する
と、レーザヘッドＡ４はｙ方向に動かされる。

【００３７】従って、レーザヘッドＡ４は、スキャナ・
レーザ駆動信号Ｘ２により、材料粉末Ｂの表面を(ｘ、
ｙ)直角座標にして任意の経路で走査され、同時にレー
ザビームの照射点滅が任意に制御されることになる。

【００３８】また、エレベータ駆動信号Ｘ３により、エ
レベータ駆動装置Ａ７のモータＡ２１が動作すると、ボ
ール歯車Ａ１９により送りネジＡ１７が上下に動かさ
れ、これによりエレベータＡ６が昇降される。

【００３９】こうして、ＳＬＳ造形装置Ａは、図６に示
すように、以下の手順１、手順２、手順３を繰り返え
し、層を積み重ねてゆき、造形品Ｆを造形する。手順１
エレベータＡ６、又は造形品Ｆの上に材料粉末Ｂを盛り
付け、リコータＡ２を往復させて材料粉末Ｂの表面を平
坦化する。

【００４０】手順２レーザビームを、レーザヘッドＡ４
から材料粉末Ｂの表面に照射する。このとき、スキャナ
Ａ５は、レーザヘッドＡ４を造形品Ｆの断面に沿って走
査させ、材料粉末Ｂの断面内にある部分の表面だけがレ
ーザビームで焼結され、薄層が作られるようにする。

【００４１】手順３エレベータＡ６を層の厚さだけ降下
させ、造形品の新しい層を重ねて形成するための準備を
行う。このような動作により、最終的に造形品Ｆが作ら
れる。

【００４２】次に、焼結工程Ｐ３による造形品Ｆから多
孔質部品、すなわち、この場合は図３におけるハブ部Ｋ
１０とランナベーン部Ｋ２０となる多孔質部品を作る方
法について説明する。なお、以下、ハブ部Ｋ１０となる
多孔質部品については、多孔質部品Ｓ１とし、ランナベ
ーン部Ｋ２０となる多孔質部品については、多孔質部品
Ｓ２とする。

【００４３】この焼結工程Ｐ３では、図７に示すよう
に、黒鉛坩堝Ｔ２に造形品Ｆを入れた上で、加熱時のダ
レ落ち防止用として、更にアルミナ粉末Ｔ５を充填し、
これを電気炉Ｔ６内において加熱し、多孔質部品Ｓ１又
は多孔質部品Ｓ２を得る。

【００４４】このとき、加熱開始時は、歪が生じないよ
うに保熱しながら１１８０度まで炉内の温度を上昇さ
せ、その後、炉内温度を一定にして２時間保ち、造形品
Ｆ内のコーティング層が加熱除去され、更にステンレス
粉末が焼結されるようにし、最後に自然冷却させ炉内温
度を常温に戻し、多孔質部品Ｓ１又は多孔質部品Ｓ２を
得るのである。

【００４５】組立工程Ｐ４では、図８(a)に示すよう
に、ハブ形状データＤ１が記述する形状を持つ多孔質部
品Ｓ１の嵌合孔Ｋ１４に、ランナベーン形状データＤ２
が記述する形状を持つ多孔質部品Ｓ２の嵌合軸Ｋ２２の
先端を合わせ、金槌などの工具を用いて嵌合孔Ｋ１４の
中に嵌合軸Ｋ２２を嵌め込む。

【００４６】このとき、これら嵌合孔Ｋ１４と嵌合軸Ｋ
２２の嵌合面がテーパーになっているので、嵌合面に大
きな圧力が発生し、静摩擦が高まるので、多孔質部品Ｓ
１と多孔質部品Ｓ２が強固に結合されることになり、完
成した複合多孔質品Ｍの組立位置が狂う虞れがなく、形
状精度が向上する。

【００４７】しかも、このとき、多孔質部品Ｓ１に対す
る多孔質部品Ｓ２の組み付けを１回で終了させるのでは
なくて、嵌合孔Ｋ１４の中に嵌合軸Ｋ２２を仮に嵌め込
んでは抜き取り、再度、挿入する作業を繰り返し、且
つ、嵌め込んだとき摺動させ、接触面がよく擦り合わさ
れるようにする。

【００４８】そして、この組み付け作業の繰り返しの結
果、図８(b)に示すように、嵌合孔Ｋ１４と嵌合軸Ｋ２
２の嵌合面が崩れ、粉末状になった材料粉末が嵌合面に
残ってしまう空隙Ｍ２を埋めている状態にしておく。こ
れにより、後の溶浸工程Ｐ５において、銅が嵌合面を通
過浸透し易くなる。

【００４９】そして、この後、多孔質部品Ｓ２のテーパ
孔Ｋ２４にステンレス製のテーパピンＥを係合させ、複
合多孔質品Ｍを作製するのであるが、このテーパピンＥ
のテーパ孔Ｋ２４に対する係合に際しても、嵌合面の摺
動を繰り返し行うようにしてもよい。

【００５０】最後に、溶浸工程Ｐ５では、複合多孔質品
Ｍに存在する内部空孔Ｍ１と空隙Ｍ２に銅を溶浸して充
填する作業が行われる。この作業では、図９に示すよう
に、まず多孔質の板材で作られたタブＴ１を用意し、そ
の上に複合多孔質品Ｍを載置し、これらを黒鉛坩堝Ｔ２
中のセラミックス板Ｔ３を敷いた上に置く。

【００５１】次に、タブＴ１上に、このときの溶浸に必
要となる分量の銅片Ｔ４を置き、加熱時のダレ落ち防止
用のアルミナ粉末Ｔ５を黒鉛坩堝Ｔ２内に充填した後、
黒鉛坩堝Ｔ２を電気炉Ｔ６に入れて加熱するのである。
このとき、加熱開始時には、歪が生じないように除熱し
ながら炉内の温度を１０８０度まで上昇させ、その後、
炉内温度を２時間一定に保つ。

【００５２】そうすると、銅片Ｔ４が溶融し、この結
果、毛細管現象により、溶融した銅がタブＴ２に溶浸
し、これを通過して複合多孔質品Ｍの底部に達した後、
複合多孔質品Ｍの内部空孔Ｍ１に溶浸し、更に空隙Ｍ１
２を溶浸して多孔質部品Ｓ１から多孔質部品Ｓ２にも溶
浸して行き、遂には複合多孔質品Ｍの全体が溶浸される
ようになる。

【００５３】そこで、この後、自然冷却を行って炉内温
度を常温に戻すと、複合多孔質品Ｍ内に溶浸した銅が凝
固し、内部空孔Ｍ１と空隙Ｍ１２を埋め、複合多孔質品
Ｍと同じ形状の真密度立体品が得られることになる。

【００５４】従って、この実施形態によれば、複合多孔
質品Ｍが、複数の造形品Ｆとして形成されるので、完成
品として要求される立体品が大型の場合でも、その造形
に必要なＳＬＳ造形装置が小型で済み、各造形品Ｆも小
型にできるので、取扱いが容易で、運搬などに際して破
損の虞れが少なくて済む。

【００５５】また、この実施形態では、複数の多孔質部
品Ｓ１、Ｓ２の組合せが、嵌合孔Ｋ１４と嵌合軸Ｋ２２
の嵌め合わせで行えるので、完成した立体品の精度が向
上でき、且つ、複合多孔質品Ｍの組合せが、造形品Ｆを
多孔質部品Ｓ１、Ｓ２に形成した後で行えるので、破損
の虞れなく組合せることができる。

【００５６】また、この結果、複合多孔質品Ｍの強度も
充分に得られるので、移動などに際して振動や衝撃力が
与えられても破損の虞れがなく、大型の立体品にも容易
に対応することができる。

【００５７】ところで、上記した図１の実施形態では、
焼結工程Ｐ３の後、そのまま組立工程Ｐ４に進んでいる
が、この間で、一旦、造形品Ｆの何れかに機械加工など
を施すようにしても良く、この場合、焼結工程Ｐ３まで
の間にたとえ何らかの不具合があっても、修正が可能に
なるので、歩留まりの低下が抑えられ、完成した立体品
の形状精度も向上させることができる。

【００５８】また、上記図１の実施形態では、溶浸工程
Ｐ５において、図９に示すように、銅片Ｔ４をタブＴ１
上に載置しているが、これに加えて、複合多孔質品Ｍ上
に他の銅片を直接載置したり、或いは他の銅片を別のタ
ブに載せた上で載置するようにしてもよい。こうすれ
ば、立体品が大型になった場合でも容易に、溶浸材(こ
の場合は銅)を複合多孔質品Ｍ全体に行き渡らせること
ができる。

【００５９】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。既に説明したように、本発明は、多孔質立体品を
溶浸処理して真密度立体品を作成する際、溶浸処理工程
の前に、多孔質立体品を複数の多孔質部品に分けて作成
しておき、これら複数の多孔質部品を組合わせた上で、
それらの組合わせ部分も含めて溶浸させて真密度立体品
とするものである。

【００６０】しかし、このとき、幾つかの多孔質部品又
は全部については、組合わせる前に溶浸させておいても
良く、これが次に説明する第２の実施形態であり、図２
に示すように、この実施形態では、図１の実施形態にお
ける組立工程Ｐ４の前にも溶浸工程、すなわち、部品溶
浸工程Ｐ６を設けたもので、その他の工程は図１の実施
形態と同じである。

【００６１】そして、この部品溶浸工程Ｐ６では、複数
個の多孔質部品Ｓ１、Ｓ２などの内の１個、又は複数
個、或いは全部について、予め溶浸させておくようにし
たものであり、具体的に説明すると、この図２の実施形
態でも、例えば図３に示した水車ランナの場合、それを
ハブ部Ｋ１０とランナベーン部Ｋ２０に分割し、ハブ部
Ｋ１０を多孔質部品Ｓ１とし、ランナベーン部Ｋ２０を
多孔質部品Ｓ２とした上で、部品溶浸工程Ｐ６では、多
孔質部品Ｓ２を予め溶浸させておくようにしたものであ
る。

【００６２】ここで、予め溶浸させておくべき対象とし
て、多孔質部品Ｓ２が選ばれている理由は、溶浸工程Ｐ
５において、溶浸材が行き渡る経路が長い方になってい
るからで、この場合、図９で既に説明したように、溶浸
材は、まず複合多孔質品Ｍのハブ部Ｋ１０を通ってから
ランナベーン部Ｋ２０に溶浸され、しかも、このとき空
隙Ｍ２を通るので毛細管現象が弱まり、ランナベーン部
Ｋ２０に溶浸材が供給され難くなる。

【００６３】しかして、この図２の場合には、空隙Ｍ２
が大きい場合でも、既にランナベーン部Ｋ２０は溶浸済
みなので、複合多孔質品Ｍ全体に容易に溶浸材が行き渡
り、しかも、溶浸工程Ｐ５において、予め溶浸してある
銅が再び溶融され、これが空隙Ｍ２に充填されるので、
更に充分な溶浸が得られ、強度の高い真密度の立体品を
容易に得ることができる。

【００６４】また、溶浸前の多孔質部品Ｓ１、Ｓ２は、
切削油を吸収するので機械加工ができないが、第２の実
施形態においては、多孔質部品Ｓ１、Ｓ２に予め機械化
工を施すことができる。これにより、さらに高精度の組
立を行なうことが可能となる。

【００６５】次に、図１の実施形態において説明した、
各種の多孔質部品Ｓの組合せに使用する摺り合せ面付位
置決め形状の他の例について、図１０により説明する。
図１の実施形態では、図３に示すように、ハブ側嵌合部
Ｋ１６と、ベーン側嵌合部Ｋ２５を用いているが、この
図１０では、形状Ｎ１、Ｎ２と形状Ｌ１、Ｌ２を用いる
ようになっている。

【００６６】まず、差込形状Ｎ１、Ｎ２は、図１０(a)
に示すように、テーパを付けた円柱状の突出部Ｎ１１
と、この突出部Ｎ１１の形状に合わせてテーパを付けた
円形の差込穴Ｎ２１で構成されている。そして、突出部
Ｎ１１の外周面と差込穴Ｎ２１の内周面は、互いに面接
触する摺り合せ面になっている。

【００６７】また、差込形状Ｌ１、Ｌ２は、図１０(b)
に示すように、底になるほど幅広になっている、いわゆ
る鳩尾形の突起部Ｌ１１と、この突起部Ｌ１１の形状に
合わせて鳩尾形に作られているキー溝部Ｌ２１で構成さ
れている。そして、突起部Ｌ１１の表面とキー溝部Ｌ２
１の表面は、互いに面接触する摺り合せ面になってい
る。

【００６８】そこで、差込形状Ｎ１、Ｎ２と差込形状Ｌ
１、Ｌ２は、それぞれが設けられている多孔質部品の組
合時に、各多孔質部品同士を押し付けながら、矢印で図
示されている方向に動かすことにより、摺り合せ面同士
が擦れて表面が削られ、粉が摺り合せ面の間の空隙を埋
めている状態にすることができる。

【００６９】従って、この図１０に示した差込形状を用
いることにより、図１の実施形態の場合と同様、空隙に
溶浸材を充分に溶浸させることができ、強度の高い真密
度立体品を容易に得ることができる。

【００７０】ここで、使用した溶浸材と多孔質品の機械
的強度が類似していた場合には、本発明の実施形態によ
り作成した立体品の強度は、単体の多孔質品に溶浸して
得た立体品に比して遜色がない。

【００７１】従って、上記実施形態によれば、従来のＳ
ＬＳ法により作成した立体品と同じ形状精度と機械的強
度を有する立体品が容易に得られることになり、上記し
た試験用のモデルとなる水車に限らず、各種の大型の立
体品を容易に作成することができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、以下に列挙する効果が
得られる。 ａ．装置コストを抑えつつ、高い強度を持つ大型の立体
品を容易に得ることができる。 ｂ．市販の造形装置を活用して大型の立体品を迅速・簡
便に製作することができる。 ｃ．組立工程において、容易に複合多孔質品の相互の位
置を決めて組立ることができる。

【００７３】ｄ．組立工程において、多孔質品同士の相
対位置のずれが小さくできるので、形状精度が向上す
る。また、溶浸処理により、すり合わせ面の間の空隙が
溶浸されて完成立体品の強度が増す。 ｅ．複合多孔質品を移動する際、振動又は衝撃的な力な
どにより複合多孔質品の一部が分離して床などに落ちて
破損するのが容易に防止でき、且つ完成立体品の形状精
度・強度が向上する。

【００７４】ｆ．完成した立体品の形状精度の向上が得
られる。 ｇ．大きい立体品であっても、むらなく確実に、溶浸材
を複合多孔質品全体に溶浸できるので、完成立体品の強
度が向上する。

【００７５】ｈ．確実に、溶浸材を複合多孔質品全体及
び摺り合せ面の間の空隙に溶浸できるので、完成立体品
の強度が向上する。 ｉ．市販の造形装置を活用して、大きな強度を持つ大型
の立体品を迅速・簡便に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すフローチャートであ
る。

【図２】本発明の他の一実施形態を示すフローチャート
である。

【図３】本発明の一実施形態による立体品の説明図であ
る。

【図４】ＳＬＳ造形装置の一例を示す説明図である。

【図５】ＳＬＳ造形装置の制御系統を示す説明図であ
る。

【図６】ＳＬＳ造形装置の動作説明図である。

【図７】焼結処理の一例を示す説明図である。

【図８】本発明の一実施形態における多孔質部品の組合
せ処理の説明図である。

【図９】溶浸処理の一例を示す説明図である。

【図１０】本発明の一実施形態における摺り合せ面付位
置決め形状の説明図である。

【符号の説明】

Ａ ＳＬＳ造形装置 Ａ１ コンテナ Ａ２ リコータ Ａ３ リコータ駆動装置 Ａ４ レーザヘッド Ａ５ スキャナ Ａ６ エレベータ Ａ７ エレベータ駆動装置 Ａ１０ 制御装置 Ａ１５、Ａ１６ 送りネジ Ｂ 粉末材料 Ｄ ＣＡＤデータ(Ｄ１，Ｄ２，……) Ｄ１ ハブ形状データ Ｄ２ ランナベーン形状データ Ｅ テーパピン Ｆ 造形品(Ｆ１，Ｆ２，…) Ｆ１ ハブ形状を持つ造形品 Ｆ２ ランナベーン形状を持つ造形品 Ｋ１０ ハブ部 Ｋ１１ ハブ本体 Ｋ１２ 軸孔 Ｋ１３ ボス Ｋ１４ 嵌合孔 Ｋ１５ キー溝 Ｋ１６ ハブ側嵌合部 Ｋ２０ ランナベーン部 Ｋ２１ 翼部 Ｋ２２ 嵌合軸 Ｋ２３ キー部 Ｋ２４ テーパ孔 Ｋ２５ ベーン側嵌合部 Ｍ 複合多孔質品 Ｍ１ 内部空孔 Ｍ２ 摺り合せ面の間の空隙 Ｐ 立体品製作方法 Ｐ１ ＣＡＤ準備工程 Ｐ２ ＳＬＳ造形工程 Ｐ３ 焼結工程 Ｐ４ 組立工程 Ｐ５ 溶浸工程 Ｓ 多孔質部品(Ｓ１，Ｓ２，…) Ｓ１ ハブ形状を持つ多孔質部品 Ｓ２ ランナベーン形状を持つ多孔質部品 Ｔ１ タブ Ｔ２ 黒鉛坩堝 Ｔ３ セラミックス板 Ｔ４ 銅片 Ｔ５ アルミナ粉末 Ｔ６ 電気炉 Ｘ１ リコータの駆動信号 Ｘ２ スキャナ・レーザ駆動信号 Ｘ３ エレベータ駆動信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定岡 紀行 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 桑原 皓二 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 佐々木 弘治 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 高木 太郎 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 飯田 伸一 茨城県水戸市元石川町276番地21号 金属 技研株式会社茨城工場内 Ｆターム(参考） 4F213 AC01 AG20 WA22 WA25 WA40 WB01 WC06 WE03 WL03 WL12 WL32 WL67 WL92 WW06 WW50 4K018 AA33 BA17 BC30 CA50 DA11 FA36 FA42 HA10 JA32

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質立体品の溶浸処理により真密度立
   体品として形成された立体品において、 前記多孔質立体品が、複数の多孔質部品に分けて作成さ
   れた後、これらの多孔質部品を組合わせて作成された複
   合多孔質立体品であり、 前記真密度立体品が、前記溶浸処理により、前記複数の
   多孔質部品の組合わせ部分も含めて溶浸されていること
   を特徴とする立体品。
2. 【請求項２】 多孔質立体品を溶浸処理して真密度立体
   品を作成する方式の立体品製作方法において、 前記溶浸処理工程の前に、前記多孔質立体品を複数の多
   孔質部品に分けて作成する工程と、前記複数の多孔質部
   品を組合わせて前記多孔質立体品にする工程を設け、 前記複数の多孔質部品の組合わせ部分も含めて溶浸され
   た真密度立体品が得られるように構成したことを特徴と
   する立体品製作方法。
3. 【請求項３】 請求項２の発明において、 前記複数の多孔質部品の少なくとも一部が溶浸処理され
   ていることを特徴とする立体品製作方法。
4. 【請求項４】 請求項２の発明において、 前記複数の多孔質部品を組合わせる部分が摺動嵌め合い
   構造に作られていることを特徴とする立体品製作方法。
5. 【請求項５】 多孔質品の形状を設計してＣＡＤデータ
   を作成するＣＡＤ装置と、 前記ＣＡＤデータに基づいて前記多孔質品を作製する多
   孔質品造形装置と、 前記多孔質品を組み立てて複合多孔質品とする組立装置
   と、 前記複合多孔質品に溶浸材を溶浸して立体品を得る溶浸
   装置とで構成されていることを特徴とする立体品造形シ
   ステム。