JP2009029064A - 粉末造形品 - Google Patents

Abstract

【課題】場所毎に弾性を細かく変化させることができる粉末造形品、自動車用内装材および自動車用シートの座部クッション部材などを提供する。
【解決手段】シート２の座部クッション１、シートバック４、ダッシュボードなどの自動車用部品、航空機などの部品、自転車のサドル部、オフィス用の椅子の座部などとして用いることができる粉末造形法により製造される粉末造形品であって、隔壁１４で仕切られ２次元アレイ状に配列された複数の柱状セル１２を有し、複数の柱状セル１２は、内部に形成された一対の内部隔壁１６と隔壁１４とに囲まれた内部空間に未焼結の前記粉末材料Ｆが充填されている粉末充填セル部分１２ａと、内部が中空の中空セル部分１２ｂとを含んでいる。このような構成によれば、一つの部材である粉末造形品内で、場所毎に弾性を細かく変化させることができ、荷重が加わる部分の弾性を選択的に低下させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、粉末造形品に関し、詳細には、粉末焼結法により製造された粉末造形品、自動車用内装材および自動車用シートの座部クッション部材などに関する。

自動車のシート座部およびシートバック（背もたれ部）のクッション、ダッシュボードなどの自動車用部材は、快適な車内環境を実現するために、適度な弾性を有することが求められる。このような自動車用部材、例えば、シート座部およびシートバックのクッション部材は、ウレタンフォームなどの弾性材料から形成される。典型的には、ウレタン原料液を金型に入れ、発泡固化させて、シートクッションなどの形状に成形している。

例えば、シートの座部クッション部材では、座り心地を改善するために、ウレタンの発泡度などを制御することによって弾性を調整することが知られている。また、より快適な座り心地を提供するために、例えば、硬度が異なる２種類のウレタンパッドから構成され、乗員が座る着座部分（即ち、乗員からの荷重が加わる部分）とそれ以外の部分とで弾性が異なるシートパッドが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２３８７５２号公報

しかしながら、ウレタンフォームなどの弾性材料は場所毎に弾性を細かく変化させることができないので、このような弾性材料から形成された自動車用部材は、クッション性能を細かく調整することができないという問題があった。

このような問題は、自動車用部材のみならず他の乗り物用のイスのクッション部材などのように、場所毎に弾性を細かく変化させることが求められる部材にも共通するものであった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、場所毎に弾性を細かく変化させることができる粉末造形品、自動車用内装材および自動車用シートの座部クッション部材などを提供することを目的としている。

本発明によれば、
粉末材料を放射エネルギにより部分的に焼結させる粉末造形法により製造される粉末造形品であって、
隔壁で仕切られ２次元アレイ状に配列された、複数の柱状セルを有し、
前記複数の柱状セルは、
内部に形成された一対の内部隔壁と前記隔壁とに囲まれた内部空間に未焼結の前記粉末材料が充填されている粉末充填セルを含んでいる、
ことを特徴とする粉末造形品が提供される。

このような構成によれば、弾性が比較的高い粉末充填セルの配置により、一つの部材である粉末造形品内で、場所毎に弾性を細かく変化させることができる。

本発明の他の態様によれば、
前記複数の柱状セルは、
前記隔壁に囲まれた内部空間全体が中空の中空セルを更に含んでいる。

このような構成によれば、弾性が比較的高い粉末充填セルと弾性が比較的低い中空セルとの組み合わせにより、一つの部材である粉末造形品内で、場所毎に弾性を細かく変化させることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば
前記粉末充填セルが、前記一対の内部隔壁間の粉末充填セル部分と、内部が中空の中空セル部分とを備えている。

このような構成によれば、弾性が比較的高い粉末充填セル部分と弾性が比較的低い中空セル部分との組み合わせにより、一つの部材である粉末造形品内で、場所毎に弾性をより細かく変化させることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記粉末材料は、ゴムライク材料であり、
前記複数の柱状セルは、平行に配置されている。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記複数の柱状セルは、
前記隔壁に囲まれた内部空間が前記粉末材料の焼結体で充填されている中実セル部分、または前記内部空間の一部が前記粉末材料の焼結体で充填されている一部中実セル部分を有する中実セルを含む。

このような構成によれば、より低い弾性を有する中実セルによって、一つの部材である粉末造形品内で、場所毎に弾性をより細かく変化させることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、粉末造形品から形成される自動車用内装材が提供される。

このような構成によれば、場所毎に弾性を細かく変化させることができる自動車用内装材となる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
自動車用シートの座部クッション部材であって、
前記複数のセルの延びる方向は、前記クッション部材の前縁部と平行な方向または垂直な方向である、自動車用シートの座部クッション部材が提供される。

本発明の他の好ましい態様によれば、
乗員が着座する着座領域には、前記中空セルまたは中空セル部分が配置され、
前記着座領域以外の領域には、前記粉末充填セル、粉末充填セル部分、中実セル部分、または一部中実セル部分が配置されている。

このような構成によれば、乗員の身体から荷重が加わる部分の弾性が選択的に低下させられ、その周囲の弾性が高められるので、快適な座り心地が提供される。

本発明の好ましい態様によれば、
粉末造形品の製造方法であって、
前記粉末造形品の隔壁の第１層部分に相当する部分に沿って放射エネルギを粉末材料に照射し、前記粉末材料を部分的に焼結させ、前記隔壁の前記第１層部分を形成する第１ステップと、
前のステップで形成された隔壁の層部分の上方に粉末材料を配置し、前記前のステップで形成された隔壁の層部分の上方の隔壁の層部分に相当する部分に沿って放射エネルギを照射し、前記粉末材料を焼結させ、前記前のステップで形成された隔壁の層部分上に前記上方の隔壁の層部分を積層形成する第２ステップと、を備え、
前記第２ステップを繰り返すことによって、隔壁によって仕切られた柱状セルを有する粉末造形品を積層形成する製造方法において、
隔壁に囲まれた特定の領域にも放射エネルギを照射して前記隔壁に囲まれた領域に配置された粉末材料を焼結させ内部隔壁を形成するステップによって、同一の柱状セル内に軸線方向に離れた一対の内部隔壁が形成される、
ことを特徴とする粉末造形品の製造方法が提供される。

本発明によれば、場所毎に弾性を細かく変化させることができる粉末造形品、自動車用内装材および自動車用シートの座部クッション部材などが提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態の粉末造形品について説明する。図１は、本発明の好ましい実施形態の粉末造形品が座部クッション１として使用されている自動車用シート２の斜視図である。図２は、図１のII-II線に沿った断面図であり、図３は、座部クッション１の一部分を破断した斜視図である。

本実施形態の粉末造形品は、シート２の座部クッション１であるが、本発明はこれに限定されず、シート２のシートバック４、ダッシュボードなどの自動車用部品、航空機などの部品、自転車のサドル部、オフィス用の椅子の座部など、他のどのような弾性部品にも適用可能である。また、本発明は、量産部品だけでなく、試作品にも適用可能である。

座部クッション１は、座面６と、座面６とは反対向きの裏面８と、座面６および裏面８とを接続する前側面１０などを有する略直方体形状を有している。座部クッション１の内部には、複数のセル１２が形成されている。各セル１２は、隔壁１４で仕切られた断面六角形の柱状形状を有し、座部クッション１の前縁部に平行に延びるように２次元アレイ状に配列されている。したがって、複数のセル１２が、隔壁１４とともに粉末造形品１内にいわゆるハニカム構造を形成している。

複数のセル１２は、座部クッション１の前縁部に対してどのような方向に延びていてもよく、各々が異なる方向に延びていてもよいが、着座時の安定感を得るためには、各々が同一方向に、各々の軸線が平行となるように延びることが好ましく、前縁部に対して平行または垂直に延びることがより好ましい。セル１２の断面形状は、四角形、円形、多角形などどのような形状でもよく、各々が同一あるいは異なる断面形状を有してもよいが、より大きな弾性を得るためには、本実施形態のように各々が同一の六角形形状を有し、複数のセル１２がハニカム構造を形成することが好ましい。

図４は、座部クッション１を含むシート２の平面図であり、図５は、座部クッション１と乗員の着座位置との関係を模式的に示す図である。図５中、クロス斜線部分は乗員が着座するときに、乗員の体と接触する着座領域を示す。図６は、図５のVI−VI線に沿った断面の一部を拡大して模式的に示す図であり、図７は、図５のVII−VII線に沿った断面の一部を拡大して模式的に示す図であり、図８は、図５のVIII−VIII線に沿った断面の一部を拡大して模式的に示す図であり、図９は、図８に示されているセル１２の１つを抽出して示す斜視図である。

図６および図７に示すように、複数のセル１２は、着座領域以外の領域では、内部に未焼結粉末Ｆが充填されている粉末充填セル部分（ドットで示す）１２ａとされ、着座領域では、内部が中空の中空セル部分（白抜きで示す）１２ｂとされている。粉末充填セル部分１２ａは、内部に未焼結粉末Ｆが充填されているので、内部が中空である中空セル部１２ｂより、弾性（硬度）が高い。

図８および図９に示すように、本実施形態の座部クッション１では、一部のセル１２は、内部に対となった内部隔壁１６、１６が形成され、この対となった各内部隔壁１６と隔壁１４とに囲まれた内部空間に未焼結の粉末材料Ｆが充填されている粉末充填セルとされている。図８および図９に示されている各セル１２には、それぞれ、３対の内部隔壁１６が形成され、３つの粉末充填セル部分１２ａが設けられている。

隔壁１４および内部隔壁１６は、公知の粉末造形法で一般に使用されるゴムライク材料を粉末造形法によって焼結させた、ゴムのように弾力性を有する材料で形成されており、座部クッション１全体に弾力性を付与している。ゴムライク材料としては、例えば、３Ｄシステムズ社のＤｕｒａＦｏｒｍ（登録商標）Ｆｌｅｘ（ＡＳＴＭ Ｄ７９０による曲げ弾性率が５．９Ｍｐａ）やナイロン樹脂（平均粒子径５７μｍ、融点１８５℃）などが挙げられる。

図５のクロス斜線で示す乗員が着座する着座領域では、座部クッション１の厚さ方向全体にわたって、中空セル部分１２ｂが配置され、着座領域以外の領域には、座部クッション１の厚さ方向全体にわたって、粉末充填セル部分１２ａが配置されている。このような配置にすることによって、着座領域の弾性が低く（柔らかく）なるとともに、着座領域の周囲の弾性が高く（硬く）なるので、サポート性が向上する。

上記実施形態の座部クッション１は、着座部分では厚さ方向全体にわたって中空セル部分が配置された構成であるが、着座部分を他の部分より柔らかくできれば他の配置でもよい。

図１０、図１１および図１２は、着座部分におけるセルの他の配置パターンを示す部分断面図である。即ち、本発明では、着座部分において、粉末充填セル部分１２ａの上下に中空セル部分１２ｂを配置した図１０に示す構成、中空セル部分１２ｂの上下に粉末充填セル部分１２ａを配置した図１１に示す構成、あるいは、粉末充填セル部分１２ａの周囲を囲むように中空セル部分１２ｂを配置した図１２に示す構成をとってもよい。

上記実施形態の座部クッション１では、着座領域以外の領域には、未焼結粉末で充填されている粉末充填セル部分１２ａが配置されているが、粉末充填セル部分１２ａの一部または全部に代えて、隔壁１４に囲まれた内部空間全体が粉末材料を焼結させた焼結体で充填されている中実セル部分、または内部空間の一部が粉末材料の焼結体で充填されている一部中実セル部分を配置した構成でもよい。

上記実施形態の座部クッション１では、１本の柱状セル１２が粉末充填セル部分１２ａと中空セル部分１２ｂの両方のセル部分を有している構成であったが、内部空間全体が中空のセルと内部空間全体が未焼結粉末で充填されているセルとを組み合わせて、座部クッション１の硬さを場所毎に変化させる構成でもよい。

次に、座部クッション１の製造方法について説明する。
図１３および図１４は、座部クッション１の製造工程を模式的に示す図面である。座部クッション１は、従来技術の粉末造形品と同様に、粉末材料にレーザなどの放射エネルギビームを照射することにより粉末材料を焼結させる工程を繰り返す粉末造形法によって製造される。

図１３に示すように、座部クッション１の製造に使用される成形装置１８は、成形を行う成形槽２０と、内部に粉末材料２２を収容する一対の容器２４ａ、２４ｂと、粉末材料２２を成形槽２０まで運ぶローラ２６と、成形槽２０の上方に設置されたレーザー発振器（図示せず）と、を有する。成形槽２０内には、上下動可能な作業ステージ２８が備えられ、容器２４ａ、２４ｂ内には、それぞれ、上下動可能なステージ３０ａ、３０ｂが備えられる。

粉末材料としては、上述したように、例えば、３Ｄシステムズ社のＤｕｒａＦｏｒｍ（登録商標）Ｆｌｅｘ（ＡＳＴＭ Ｄ７９０による曲げ弾性率が５．９Ｍｐａ）やナイロン樹脂（平均粒子径５７μｍ、融点１８５℃）などが使用される。

先ず、座部クッション１の最下層の形成を行う。まず、作業ステージ２８を、所定の深さ（最下層の高さ）だけ下方に移動させ、成形槽２０の上部に最下層の高さに相当する深さの空間部を形成し、更に、ステージ３０ａを上方に移動させて、粉末材料２２の表面がローラ２６の移動面よりも高くなるようにする。

次いで、ローラ２６を回転させながら容器２４ａと作業ステージ２８上を通過させ、容器２４ａ内の粉末材料２２を作業ステージ２８上に運び、作業ステージ２８上に粉末材料２２を均一な厚さで配置する。ローラ２６は、容器２４ｂを通過した地点で停止させる（図１３）。

座部クッション１の最下層（第１層）の形状を示すＣＡＤデータに基づいて、レーザ発振器から放射エネルギであるレーザビームＬが、成形槽２０内の粉末材料２２に照射される。すなわち、レーザビームＬが、座部クッション１の最下層の隔壁の位置に沿って粉末材料２２に照射される。粉末材料２２は、作業ステージ２８上で、レーザビームＬが照射された部分では焼結し焼結部分３２となり、レーザビームＬが照射されなかった部分は未焼結のまま未焼結部分３４として残る。

次に、第２層の形成を行う。焼結部分３２と未焼結部分３４を有する最下層が載置された作業ステージ２８を、上記と同様に所定の深さ（第２層の高さに相当する深さ）だけ下方に移動させ、成形槽２０の上部に第２層の高さに相当する深さの空間部を形成する。ついで、ステージ３０ｂを上方に移動させて、粉末材料２２の表面がローラ２６の移動面よりも高くなるようにする。

次いで、ローラ２６を、回転させながら容器２４ｂと作業ステージ２８上を通過させ、容器２４ｂ内の粉末材料２２を作業ステージ２８上に運び、作業ステージ２８上に形成された最下層の焼結部分３２上に、所定の深さ（第２層の高さに相当する深さ）の粉末材料２２を均一に配置する（図１４）。

座部クッション１の第２層の形状を示すＣＡＤデータに基づいて、レーザ発振器から放射エネルギであるレーザビームＬが、成形槽２０内の粉末材料２２に照射される。すなわち、レーザビームＬが、座部クッション１の第２層の隔壁の位置に沿って粉末材料２２に照射される。粉末材料２２は、レーザビームＬが照射された部分では焼結し、第１層の焼結部分３２に積層された第２層目の焼結部分となり、レーザビームＬが照射されなかった部分は未焼結のまま未焼結部分として残る。
このような作業を繰り返すことにより座部クッション１が形成される。

内部隔壁１６も、隔壁１４と同時に積層形成される。すなわち、内部隔壁１６が形成されるセル１２では、内部隔壁１６を有する層を形成する際に、ＣＡＤデータに基づいて、隔壁１４部分に加えて隔壁１４に囲まれた部分にもレーザビームが照射され、隔壁１４に囲まれた領域においても粉末材料が焼結させられ、隔壁１４と一体となった内部隔壁１６が形成されることになる。

あるセルに第１の内部隔壁１６を形成した後、そのセルに内部隔壁１６を備えない層の形成が所定回だけ繰り返され、再び、当該セルに第１の内部隔壁と対となる第２の内部隔壁が同様の方法で形成される。

第２の内部隔壁の形成時には、第１の内部隔壁とその後に形成されたそのセルの隔壁とに囲まれた空間には、未焼結の粉末材料２２が未焼結部分３４として残存しているので、第２の内部隔壁の形成によって、この未焼結の粉末材料２２は、第１の内部隔壁とその後に形成されたそのセルの隔壁と第２の内部隔壁とによって囲まれた内部空間内に封入（充填）された粉末材料Ｆとなり、この部分が粉末充填セル部分１２ａとなる。

柱状セルの内部空間全体に未焼結粉末を充填する場合は、当該セルの最下層と最上層に内部隔壁１６を形成すればよい。図９のセルのように、２つの粉末充填セル部分１２ａ間に中空セル部分１２ｂが配置される場合には、第２の粉末充填セル部分１２ａの第１の内部隔壁を形成する前に、第１の粉末充填セル部分１２ａの第２の内部隔壁とその後に形成された隔壁に囲まれた空間に残存している未焼結の粉末材料を吸引などによって除去することになる。あるいは、座部クッション１の完成後に、隔壁に穿孔し、残存している未焼結の粉末材料を孔から排出させてもよい。

柱状セルの内部空間全体が焼結体で充填されている中実セル部分を形成する場合は、内部隔壁１６を形成するときと同様に、中実セル部分１２ｃを構成する層を形成する際に、ＣＡＤデータに基づいて、隔壁１４部分に加えて隔壁１４に囲まれた部分にもレーザビームが照射され、隔壁１４に囲まれた領域においても粉末材料が焼結させられる。このような作業を所定回繰り返すことにより、中実セル部分１２ｃが形成される。

柱状セルの内部空間の一部が粉末材料の焼結体で充填されている一部中実セルを形成する場合には、中実セル部分１２ｃを有する層を形成する際に、ＣＡＤデータに基づいて、隔壁１４部分に加えて隔壁１４に囲まれた部分の一部分にもレーザビームが照射され、この部分でも粉末材料が焼結させられる。このような作業を所定回繰り返すことにより、一部中実セル部分１２ｃが形成される。

レーザビームが照射されない部分には、未焼結の粉末材料２２が未焼結部分３４として残存しているので、未焼結部分３４を除去することにより、セルの内部空間の一部が焼結体で充填されそれ以外の部分が中空である一部中実セル部分となる。また、一部中実セル部分１２ｃの軸線方向の両端部に内部隔壁１６を形成すれば、一対の内部隔壁１６と隔壁１４とに囲まれたセルの内部空間の一部が焼結体で充填されそれ以外の部分が未焼結粉末で充填された一部中実セル部分となる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである。

本発明の実施形態の座部クッションを備える自動車用シートの斜視図である。 図１のII−IIに沿った断面図である。 図１の座部クッションの破断した斜視図である。 図１の自動車用シートの平面図である。 座部クッション１と乗員の着座位置との関係を模式的に示す図である。 図５のVI−VI線に沿った断面の一部を拡大して模式的に示す図である。 図５のVII−VII線に沿った断面の一部を拡大して模式的に示す図である。 図５のVIII−VIII線に沿った断面の一部を拡大して模式的に示す図である。 図８のセルの１つを抽出して示す斜視図である。 着座部分におけるセルの他の配置パターンを示す部分断面図である。 着座部分におけるセルの他の配置パターンを示す部分断面図である。 着座部分におけるセルの他の配置パターンを示す部分断面図である。 座部クッションの製造工程を説明する模式図である。 座部クッションの製造工程を説明する模式図である。

符号の説明

１：座部クッション
２：自動車用シート
１２：セル
１４：隔壁
１６：内部隔壁

Claims (9)

1. 粉末材料を放射エネルギにより部分的に焼結させる粉末造形法により製造される粉末造形品であって、
   隔壁で仕切られ２次元アレイ状に配列された、複数の柱状セルを有し、
   前記複数の柱状セルは、
   内部に形成された一対の内部隔壁と前記隔壁とに囲まれた内部空間に未焼結の前記粉末材料が充填されている粉末充填セルを含んでいる、
   ことを特徴とする粉末造形品。
2. 前記複数の柱状セルは、
   前記隔壁に囲まれた内部空間全体が中空の中空セルを更に含んでいる、
   請求項１に記載の粉末造形品。
3. 前記粉末充填セルが、前記一対の内部隔壁間の粉末充填セル部分と、内部が中空の中空セル部分とを備えている、
   請求項１または２に記載の粉末造形品。
4. 前記粉末材料は、ゴムライク材料であり、
   前記複数の柱状セルは、平行に配置されている、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粉末造形品。
5. 前記複数の柱状セルは、
   前記隔壁に囲まれた内部空間が前記粉末材料の焼結体で充填されている中実セル部分、または前記内部空間の一部が前記粉末材料の焼結体で充填されている一部中実セル部分を有する中実セルを含む、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粉末造形品。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粉末造形品から形成される、自動車用内装材。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粉末造形品から形成される、自動車用シートの座部クッション部材であって、
   前記複数のセルの延びる方向は、前記クッション部材の前縁部と平行な方向または垂直な方向である、自動車用シートの座部クッション部材。
8. 乗員が着座する着座領域には、前記中空セルまたは中空セル部分が配置され、
   前記着座領域以外の領域には、前記粉末充填セル、粉末充填セル部分、中実セル部分、または一部中実セル部分が配置されている、
   請求項７に記載の自動車用シートの座部クッション部材。
9. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粉末造形品の製造方法であって、
   前記粉末造形品の隔壁の第１層部分に相当する部分に沿って放射エネルギを粉末材料に照射し、前記粉末材料を部分的に焼結させ、前記隔壁の前記第１層部分を形成する第１ステップと、
   前のステップで形成された隔壁の層部分の上方に粉末材料を配置し、前記前のステップで形成された隔壁の層部分の上方の隔壁の層部分に相当する部分に沿って放射エネルギを照射し、前記粉末材料を焼結させ、前記前のステップで形成された隔壁の層部分上に前記上方の隔壁の層部分を積層形成する第２ステップと、を備え、
   前記第２ステップを繰り返すことによって、隔壁によって仕切られた柱状セルを有する粉末造形品を積層形成する製造方法において、
   隔壁に囲まれた特定の領域にも放射エネルギを照射して前記隔壁に囲まれた領域に配置された粉末材料を焼結させ内部隔壁を形成するステップによって、同一の柱状セル内に軸線方向に離れた一対の内部隔壁が形成される、
   ことを特徴とする粉末造形品の製造方法。

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