JP2017209741A - 三次元構造体の貫通流路を研磨するための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダーを用いなくとも三次元構造体の貫通流路をより適切に研磨できる貫通流路の研磨方法を提供すること。【解決手段】砥粒および液体を含んで成る研磨流体を貫通流路に流して貫通流路の研磨処理を行う。特に、研磨流体が仕込まれた仕込み密閉容器の底部から研磨流体を抜き出して貫通流路へと送る。【選択図】図３

Description

本発明は、三次元構造体の貫通流路を研磨するための方法およびかかる方法を実施するためのデバイスに関する。

従来より、貫通流路を備えた三次元構造体が知られている。三次元構造体は、例えば金属材料または樹脂材料から形成されている。

金属材料から形成された三次元構造体は例えば金型として用いられ、貫通流路は冷却路等の温調媒体路として用いられる。かかる場合、三次元構造体の貫通流路には例えば冷却液等を流して三次元構造体の冷却が行われることになる。

このような貫通流路は、基材となる部材に切削加工を施すことによって形成できる他、粉末焼結積層法によっても形成できる。特に粉末焼結積層法は、三次元構造体の貫通流路を複雑な任意形状とすることができる点で特徴を有する。

粉末焼結積層法の場合、粉末層の所定領域に光ビームを照射して粉末原料の焼結または溶融固化を繰り返して三次元構造体を形成していくが、貫通流路となる局所部分には光ビームを照射しない。光ビームを照射しなかった局所部分の粉末原料を最終的に除去すると、貫通流路を備えた三次元構造体が得られることになる。

特許第５４７７７３９号

粉末焼結積層法を用いて貫通流路を備えた三次元構造体を形成する場合、光ビームの照射箇所と非照射箇所との界面においては焼結または溶融しなかった粉末原料が当該照射箇所に付着し得る。これにより、貫通流路の断面サイズが所望のものより小さくなる場合がある。貫通流路の断面サイズがより小さくなると、貫通流路に冷却液等の温調媒体を流しにくくなり、三次元構造体の温調効果が低下する虞がある。

所望の貫通流路を得るため、砥粒を含んだ研磨流体を三次元構造体の貫通流路に流して、貫通流路を研磨する方法が提案されている（上記の特許文献１参照）。当該方法では、油圧等でシリンダーを往復運動させて貯留タンク内の研磨流体を三次元構造体の貫通流路に流入させる。

本発明者は、シリンダーの往復運動で研磨流体を貫通流路に流入させる態様では以下の問題が生じ得ることを見出した。具体的には、シリンダーの往復運動は砥粒の過剰な運動を引き起こし、砥粒がシリンダーの構造内部へと流入してしまう虞があることを見出した。砥粒がシリンダーの構造内部に流入すると、砥粒に起因してシリンダーの摩耗が引き起こされ、シリンダーの往復運動が阻害されてしまう。その結果、研磨流体を貫通流路へと十分に送ることができず、貫通流路を適切に研磨できなくなるといった問題が生じ得る。また、三次元構造体の貫通流路をより適切に研磨するには、十分な量の研磨流体を貫通流路に送るだけでなく、砥粒がより適量含まれた研磨流体を貫通流路へと送る必要もある。

本発明は、このような問題に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の目的は、シリンダーを用いなくとも三次元構造体の貫通流路をより適切に研磨できる貫通流路の研磨方法および研磨デバイスを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明では、
三次元構造体の貫通流路を研磨するための方法であって、
砥粒および液体を含んで成る研磨流体を貫通流路に流して貫通流路の研磨処理を行っており、
研磨流体が仕込まれた仕込み密閉容器の底部から研磨流体を抜き出して貫通流路へと研磨流体を送ることを特徴とする方法が提供される。

また、本発明では、
三次元構造体の貫通流路を研磨するためのデバイスであって、
砥粒および液体を含んで成る研磨流体を仕込むための仕込み密閉容器を有して成り、
仕込み密閉容器は、外部から仕込み密閉容器の内部へとガスを供給するための第一管、および、仕込み密閉容器の内部から貫通流路へと研磨流体を導くための第二管を備えており、
仕込み密閉容器の底部に対して第二管が設けられていることを特徴とするデバイスも提供される。

本発明では、シリンダーを用いなくとも三次元構造体に設けた貫通流路をより適切に研磨できる。特に、砥粒がより適量含まれた研磨流体を貫通流路へと送ることができるので、貫通流路をより適切に研磨できる。

貫通流路を研磨するための方法およびデバイスを模式的に示した概略断面図 貫通流路を研磨するためのデバイスが回収密閉容器を更に有して成る態様を示した概略断面図 仕込み密閉容器の底部に第二管が設けられた態様を模式的に示した概略断面図 仕込み密閉容器がテーパー形態の底部を有する態様を模式的に示した概略断面図 仕込み密閉容器が曲面状の内面を備える態様を模式的に示した概略模式図 底部の曲面に隣接する第一管を設ける態様を模式的に示した概略模式図 仕込み密閉容器の底部内面が曲面状のテーパー形態を有する態様を模式的に示した概略断面図 仕込み密閉容器内に攪拌翼を設ける態様を模式的に示した概略断面図 攪拌翼を２つ設ける態様を模式的に示した概略断面図 本発明の一実施形態に係る研磨方法を模式的に示す概略断面図 複雑形状の貫通流路を備えた三次元構造体を模式的に示した概略斜視図 加圧ガスの供給を“抜き出し口”へと向ける態様を模式的に示した概略断面図 “仕込み密閉容器の傾斜設置の態様”を模式的に示した概略斜視図 回収密閉容器を用いる本発明の一実施形態に係る研磨方法を模式的に示す概略断面図 研磨処理後に貫通流路に乾燥用ガスを流す態様を示した概略断面図

以下では、図面を参照して本発明の一実施形態をより詳細に説明する。図面における各種要素の形態および寸法などは、あくまでも例示にすぎず、実際の形態および寸法を反映するものではない。

本明細書で用いる用語は次の通り規定される。本明細書でいう「三次元構造体」は、金属材料および／または樹脂材料から形成されている三次元物体を指す。三次元構造体が金属材料から形成されている場合、三次元構造体を金型または金型部品（例えば、入れ子、スプルーブッシュまたはガイドピン等）として用いることができる。本明細書でいう「三次元形状造形物」は、粉末焼結積層法によって製造される構造体を指し、粉末焼結積層法以外の方法によっても製造される「三次元構造体」の下位概念の構造体に相当する。本明細書でいう「貫通流路」は、三次元構造体の内部を貫通するように形成された“中空部分”を指す。ここでいう“中空部分”とは、具体的には三次元構造体の内部にて壁面で囲まれた空間領域を意味している。本明細書でいう「仕込み密閉容器」は、下記で説明する第一管および第二管を除いて、加圧ガスおよび研磨流体等が当該容器の内部から外部へと漏れ出ないように封止された容器を指す。本明細書でいう「回収密閉容器」は、下記で説明する第三管および第四管を除いて、ガスおよび研磨流体等が当該容器の内部から外部へと漏れ出ないように封止された容器を指す。

便宜上、まず「三次元構造体の貫通流路を研磨するためのデバイス」を説明し、その後、「貫通流路を備えた三次元構造体」および「三次元構造体の貫通流路を研磨するための方法」を説明する。

［三次元構造体の貫通流路を研磨するためのデバイス］
本発明の一実施形態に係るデバイスは、三次元構造体の貫通流路を研磨するためのデバイス１である（図１参照）。図１に示されるように、かかるデバイス１は、砥粒と液体とを含んで成る研磨流体７を仕込むための仕込み密閉容器２を有して成る。仕込み密閉容器２は、例えばステンレスなどの金属製であって、第一管６と第二管１０とを備えている。第一管６は、仕込み密閉容器２の外部からその内部へと加圧ガス５を供給するための管であり、第二管１０は、仕込み密閉容器２の内部から三次元構造体８の貫通流路９へと研磨流体７を導くための管である。第一管６の上流側においては、その第一管６と接続されたガス供給ライン（図示せず）が設けられていることが好ましい。一方、第二管１０の下流側においては、その第二管１０と貫通流路９の流入口との間を接続する送液ライン１４が設けられていることが好ましい。

仕込み密閉容器２の内部には第一管６を介して加圧ガス５が供給される。加圧ガス５は、仕込み密閉容器２内に仕込んだ研磨流体７に対して圧力を加えるために用いられるガスである。加圧ガス５の圧力は、例えばコンプレッサーおよび／またはガスボンベを利用することによって得ることができる。つまり、コンプレッサーを用いて昇圧させることによって加圧ガス５を得てよい。あるいは、ガス供給源として用いられるガスボンベから供されるガスをそのまま加圧ガス５として使用してもよい。ここでいう「コンプレッサー」とは、いわゆる“ガスコンプレッサー”のことであって、ガスの圧縮によってガス圧を高くすることができる圧送機を指している。また、「ガスボンベ」は、主にガス源として用いられる高圧ガスを貯留したガス容器（例えば、可搬式の高圧ガス容器）のことを指している。

本発明において、加圧ガス５は、研磨流体７の加圧に供する。好ましくは、仕込み密閉容器２内において研磨流体７と直接的に接し、研磨流体７の加圧に供する。つまり、加圧ガス５によって研磨流体７を仕込み密閉容器２内で直接的に加圧することが好ましい。ここでいう「直接的に加圧する」とは、仕込み密閉容器２内で加圧ガス５と研磨流体７とがそれぞれ気相および液相を成して互いに接するような条件下で加圧ガス５が研磨流体７を押圧する態様を指している。仕込み密閉容器２内で加圧ガス５が研磨流体７を押圧するので、研磨流体７が仕込み密閉容器２から第二管１０を介して貫通流路９へと流入することになる。

加圧ガス５は研磨流体７に溶存しにくいガスとなっていることが好ましい。ガス種類を適切に選択することによって、あるいは、ガス圧力および／またはガス温度などを適宜調整することによって、加圧ガス５を“溶存しにくいガス”とすることができる。例えば加圧ガス５のガス種類としては空気または不活性ガス（１つ例示するとアルゴンガス）等を選択してよい。加圧ガス５の圧力は例えばコンプレッサーを用いて調整してよい。また、加圧ガス５の温度は常温であってもよい（すなわち、加圧ガス５に対して加熱処理または冷却処理などの特段の温調処理を施さなくてよい）。

本発明の一実施形態に係るデバイス１は、図２に示すように、回収密閉容器３を更に有していてよい。回収密閉容器３は、貫通流路９から流出した研磨流体７を回収するための容器である。すなわち、回収密閉容器３は、仕込み密閉容器２から貫通流路９へと送液された研磨流体７を回収する容器に相当する。回収密閉容器３は、例えばステンレスなどの金属製であって、第三管１１と第四管１２とを備えている。第三管１１は、貫通流路９から流出した研磨流体７を回収密閉容器３内に導くための管であり、第四管１２は、回収密閉容器３内のガス５’を外部へと排気するための管である。図２に示すように、第三管１１の上流側においては、その第三管１１と貫通流路９の流出口との間を接続する送液ライン１５が設けられていることが好ましい。

回収密閉容器３のガス５’は、その回収密閉容器３内に元々存在するガスであるが、研磨処理に伴って不可避的にもたらされる加圧ガス５を場合によって含み得る。具体的には、仕込み密閉容器２内で研磨流体７に一旦溶け込んだ加圧ガス５が回収密閉容器３にて気化する場合、回収密閉容器３のガス５’には加圧ガス５が含まれることになる。

本発明の一実施形態に係るデバイス１は、仕込み密閉容器２から貫通流路９への送液に特徴を有する。具体的には、本発明の一実施形態に係るデバイス１は、図３に示すように、仕込み密閉容器２の底部２８に第二管１０が設けられている。これにより、貫通流路をより適切に研磨できるようになる。貫通流路の研磨には砥粒７１が作用するところ、その砥粒７１が少ないと適切な研磨がなされ得ない。この点、仕込み密閉容器２の底部２８に第二管１０が設けられていることによって、砥粒７１がより適量含まれた状態で研磨流体７を貫通流路へと送ることができ、より適切な研磨がなされる。

砥粒７１は液体７２よりも一般に比重が大きいので、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７では砥粒７１はより下方にたまる傾向を有している。したがって、仕込み密閉容器２の底部２８から第二管１０を介して研磨流体７を抜き出すことによって、砥粒７１がより適量含まれた状態で研磨流体７を貫通流路に送ることができる。

このように第二管１０は、仕込み密閉容器２の底部２８から延在しているが、第一管６は、仕込み密閉容器２の上部２５から延在していてよい。例えば、第一管６は、仕込み密閉容器２の上部２５を介して仕込み密閉容器２の外部からその内部へと延在していてよい。仕込み密閉容器２の内部にて第一管６の先端レベル６ａは研磨流体７のレベルよりも上方であってよいし、あるいは、研磨流体７のレベルよりも下方であってよい。

より好適に研磨流体７が貫通流路９へと送られることになるように、本発明の一実施形態に係るデバイス１は種々の態様を有し得る。

（テーパー形態の容器底部）
本発明の一実施形態では、図４に示すように、仕込み密閉容器２がテーパー形態の底部２８を有している。具体的には、図示するように、仕込み密閉容器２の底部２８が鉛直下向きに漸次幅狭となっている。これにより、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７では砥粒７１が底部２８にて一箇所に集まり易くなり、仕込み密閉容器２から研磨流体７をより好適に抜き出すことができる。つまり、砥粒７１がより適量含まれた状態で第二管１０を介して研磨流体７をより好適に抜き出すことができる。これは、“テーパー形態の底部”の場合では、仕込み密閉容器２の底部２８の最下レベルから研磨流体７の抜き出しを行うと研磨流体７をより好適に抜き出すことができることを意味している。

テーパー形態の底部２８につき、テーパー角度α（図４参照）は、好ましくは３０°〜１６０°程度、より好ましくは４５°〜１３５°程度であってよい。このようなテーパー角度であると、研磨流体７の砥粒７１が底部２８の内面（即ち、テーパー状内面）に沿って下方へと移動し易くなり、結果として一箇所に集まり易くなる。つまり、砥粒７１がより適量含まれた状態で仕込み密閉容器２から研磨流体７を抜き出し易くなる。

（曲面状の容器内面）
本発明の一実施形態では、図５に示すように、仕込み密閉容器２が曲面状の内面２８’を備えた底部２８を有している。具体的には、図示するように、仕込み密閉容器２の底部２８の内面２８’が曲面を成している。

“曲面”の場合、仕込み密閉容器２内の研磨流体７に対してより効果的な対流を発生させ易くなり、砥粒７１を液体７２中でより好適に分散させることができる。対流は、仕込み密閉容器２内の研磨流体７で砥粒７１をより長い時間浮遊させることができるので、砥粒７１がより適量含まれた研磨流体７を流路目詰りなく貫通流路へと送ることができる。つまり、貫通流路をより適切に研磨できるようになる。より具体的には、第二管１０および送液ライン１４を介して貫通流路へと送られる研磨流体７（図１参照）について砥粒量が過度に多くならず管内の詰まり（特に、過剰量の砥粒７１によって管路が塞がれることにより第二管１０および／または送液ライン１４の詰まり）を防止できる。換言すれば、“曲面”に起因した対流によって仕込み密閉容器２内の研磨流体７にて砥粒７１をより長い時間浮遊させると貫通流路の研磨処理の安定化につながり得る。

例えば、図６に示すように、底部２８の曲面状の内面２８’に隣接するように第一管６を設けると、第一管６から供給される加圧ガスが、その供給初期において曲面状の内面２８’に沿って流れることになり、砥粒７１の分散をより効果的に促す研磨流体７の対流７５が発生し易くなる。図示するように、仕込み密閉容器２内では第一管６が底部２８の曲面状の内面２８’の一部に沿うように延在していることが好ましい。換言すれば、仕込み密閉容器２内の第一管６と底部２８の曲面状の内面２８’との離隔距離が略一定となるように第一管６が湾曲して延在していることが好ましい。これにより、第一管６から供給される加圧ガスが、より効率的に曲面状の内面２８’に沿って流れることになり、より効果的な対流７５が生じ得る。

また、後述する“攪拌翼を用いた攪拌”の場合であっても、“曲面”は、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７の対流発生に寄与し得るので、砥粒７１を液体７２中でより好適に分散させることができる。

図示する形態から分かるように、本明細書において「曲面を成している」とは、仕込み密閉容器２を垂直面で切り取って得られる断面図において、底部の内面の輪郭が直線状でなく、曲線状になっていることを意味している。かかる“曲線状”は、例えば円弧に相当するものであってよく、あるいは、楕円形の一部に相当するものであってもよい。

本発明の一実施形態では、仕込み密閉容器２がテーパー形態の底部を有すると共に、かかる底部２８の内面２８’が曲面を成していてよい（図７参照）。つまり、図７に示すように、仕込み密閉容器２は、曲面状の内面２８’を成すように底部２８が鉛直下向きに漸次幅狭となっていてよい。これにより、砥粒７１が底部２８においてより効率良く一箇所に集まり易くなるだけでなく、必要に応じて行われる砥粒７１の分散処理によって、仕込み密閉容器２内の研磨流体７で砥粒７１をより長い時間浮遊させることができる。つまり、管内の詰まり防止および／または研磨性能の安定化を図りながらも、より好適に仕込み密閉容器２から研磨流体７を抜き出すことができる。

（水平方向回転軸の攪拌翼）
本発明の一実施形態に係るデバイスは、図８に示すように、仕込み密閉容器２内に攪拌翼４０を備えている。具体的には、本発明に係るデバイスは、仕込み密閉容器２内において回転軸４４が水平方向に向いた攪拌翼４０を更に有していてよい。攪拌翼４０は、仕込み密閉容器２内の研磨流体７のレベルよりも下方に位置付けられていることが好ましい。このような攪拌翼４０が回転運動に付されると、砥粒７１が液体７２中に分散されることになる。

特に、攪拌翼４０は、“水平方向に向く回転軸４４”に起因して、仕込み密閉容器２内の研磨流体７に対してより好適な分散効果を与えることができる。具体的には、研磨流体７において砥粒７１は下方にたまる傾向を有しているが、過度に下方にたまると、仕込み密閉容器２の底部２８から研磨流体７を抜き出す際に管内の詰まりを引き起こしてしまう。この点、回転軸４４が水平方向に向いた攪拌翼４０で攪拌すると、砥粒７１が液体７２中により好適に分散され、“砥粒の過度なたまり”を減じることができる。

具体的な攪拌翼４０の種類は、砥粒７１の分散に資するものであれば、特に制限はない。あくまでも例示にすぎないが、攪拌翼４０は、パドル型（湾曲パドル型もしくは傾斜パドル型など）、プロペラ型、タービン型、ブルマージン型、イカリ型または螺旋型などであってよい。

攪拌翼４０は、その回転軸４４に対して回転駆動手段が設けられているものであってもよい。つまり、回転駆動手段によって供される動力によって攪拌翼４０が回転するものであってよい。あるいは、攪拌翼４０は、その回転軸４４などに回転駆動手段が設けられておらず、仕込み密閉容器２内に供給される加圧ガス５を利用して攪拌翼４０が回転できるものであってよい。つまり、かかる場合、加圧ガス５が攪拌翼４０に当たるように仕込み密閉容器２内に加圧ガス５を供給して攪拌翼４０の回転を行ってよい。加圧ガス５による攪拌翼４０の回転のために、仕込み密閉容器２の内部にて第一管６の先端部は攪拌翼４０に向くように位置付けられていることが好ましい。

仕込み密閉容器２が曲面状の内面２８’を備えた底部２８を有する場合、攪拌翼４０は、かかる内面２８’に沿った形態となっていてよい。具体的には、図８に示すように、攪拌翼４０の最外ポイントの回転軌跡の一部が曲面状の内面２８’に沿ったものとなるように、攪拌翼４０が設けられてよい。これにより、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７に対して効果的な対流を発生させ易くなり、砥粒７１を液体７２中でより好適に分散させることができる。つまり、仕込み密閉容器２内の研磨流体７で砥粒７１をより長い時間浮遊させることができ、仕込み密閉容器２からの研磨流体７の抜き出しに際して管内の詰まり防止をより効果的に図ることができる。

なお、攪拌翼４０は、１つに限らず、図９に示すように、少なくとも２つ設けた態様であってもよい。これにより、仕込み密閉容器２の容積が大きい場合であっても、砥粒７１の分散を研磨流体７の全体により好適に及ぼすことが可能となる。

［貫通流路を備えた三次元構造体］
次に、貫通流路を備えた三次元構造体について説明する。かかる三次元構造体は、切削加工法を利用することによって得ることができる他、粉末焼結積層法を利用することによっても得ることができる。切削加工法では、基材となる部材にドリル加工等の機械的加工を施すことによって貫通流路を形成する。一方、粉末焼結積層法では、粉末層への光ビーム照射を通じて三次元構造体とその貫通流路とを並列的に形成する。粉末焼結積層法を用いると、比較的複雑な形状の貫通流路を備えた三次元構造体を製造できる。以下では、粉末焼結積層法による“造形”によって貫通流路が形成された三次元構造体（すなわち、「三次元形状造形物」）を製造する方法について詳述する。

粉末焼結積層法は、以下の工程（ｉ）および（ｉｉ）を繰り返して三次元形状造形物を製造することを特徴としている。
（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射し、かかる所定箇所の粉末を焼結または溶融固化させて固化層を形成する工程
（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を敷いて同様に光ビームを照射して更に固化層を形成する工程

粉末焼結積層法において「粉末層」とは、例えば「金属の粉末原料から成る金属粉末層」または「樹脂の粉末原料から成る樹脂粉末層」を意味している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に指している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末原料に対して光ビームを照射することによって、その粉末原料が焼結または溶融固化して三次元形状造形物を構成することになる。更に「固化層」とは、粉末層が金属粉末層である場合には「焼結層」を意味し、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を意味している。

このような製造技術を用いれば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することができる。粉末原料として金属の粉末原料を用いる場合、得られる三次元形状造形物を金型として使用することができる。一方、粉末原料として樹脂の粉末原料を用いる場合、得られる三次元形状造形物を各種モデルとして使用することができる。

粉末原料として金属の粉末原料を用い、それによって得られる三次元形状造形物を金型として使用する場合を例にとる。まず、スキージング・ブレードを水平方向に動かして造形プレート上に所定厚みの粉末層を形成する。次いで、粉末層の所定箇所に光ビームを照射して粉末層から固化層を形成する。引き続いて、スキージング・ブレードを水平方向に動かして、得られた固化層の上に新たな粉末層を形成して再度光ビームを照射して新たな固化層を形成する。このようにして粉末層形成と固化層形成とを交互に繰り返し実施すると固化層が積層することになり、最終的には積層した固化層から成る三次元形状造形物を得ることができる。最下層として形成される固化層は造形プレートと結合した状態になるので、三次元形状造形物と造形プレートとは一体化物を成し、その一体化物を金型として使用することができる。

三次元形状造形物の貫通流路は、光ビームの照射箇所において光ビームを照射しない局所部分を設けることによって形成できる。具体的には、粉末層の所定箇所への光ビーム照射に際して貫通流路となるべき局所部分に光ビームを照射せず、三次元形状造形物の造形完了後に当該局所部分の粉末原料を除去する。これにより、貫通流路が最終的に得られることになる。粉末焼結積層法では、光ビームを照射しない局所部分を任意に設けることができるので、ドリル加工等では形成困難な複雑形状の貫通流路を任意に形成できる。

［三次元構造体の貫通流路を研磨するための方法］
本発明に係る方法は、三次元構造体の貫通流路を研磨する方法である。本発明に係る方法では、三次元構造体の貫通流路へと研磨流体を流して貫通流路の研磨処理を行う。特に、研磨処理に際しては、研磨流体が仕込まれた仕込み密閉容器の底部から研磨流体を抜き出して貫通流路へと送液する。

以下、本発明の一実施形態に係る研磨方法について、図１０を参照して具体的に説明する。

まず、仕込み密閉容器２内に研磨流体７を仕込む。研磨流体７は砥粒７１および液体７２を含んで成る。液体７２は、砥粒７１に対して分散媒体となるものである。例えば、研磨流体７の液体７２として水を用いてよい。一方、砥粒７１は、研磨剤として機能する粒状物または粉末状物である。液体７２内に分散し得るものであれば、いずれの種類の砥粒を用いてよい。例えば、研磨流体７の砥粒７１として、多孔質セラミック、炭化ケイ素、アルミナおよび鉱石材（例えばガーネット）等から成る群から選択される少なくとも１種類の材質から成るものを用いてよい。

研磨流体７が仕込まれた仕込み密閉容器２に対してはガスを供給する。具体的には、例えば図１０に示すように、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７と接することになるように第一管６を介して仕込み密閉容器２の内部に加圧ガス５を供給する。これにより、加圧ガス５が仕込み密閉容器２内の研磨流体７を直接的に加圧するので、研磨流体７が仕込み密閉容器２から押し出されて貫通流路９へと流入する。つまり、加圧ガス５の圧力に起因して、仕込み密閉容器２で研磨流体７が押圧されるので、研磨流体７が第二管１０を介して貫通流路９へと移送されることになる。

このように、本発明では研磨流体７が仕込まれた仕込み密閉容器２内に加圧ガス５を供給することによって仕込み密閉容器２から貫通流路９へと研磨流体７を移送させる。つまり、本発明は“シリンダーの往復運動で貫通流路に研磨流体を流入させる態様”とはなっていない。

仕込み密閉容器２内に供給される加圧ガス５の圧力は、仕込み密閉容器２内の研磨流体７を加圧し、かつ、当該圧力により研磨流体７を仕込み密閉容器２から貫通流路９へと移送できるものであればよい。加圧ガス５の圧力を適切に調整すれば、例えば図１１に示すような複雑形状の貫通流路９を備えた三次元構造体８であっても、当該貫通流路９に研磨流体７を流すことができる。特に限定されるものではないが、加圧ガス５の圧力は、約０．０１ＭＰａ〜約２０ＭＰａであってよい。好ましくは、加圧ガス５の圧力は約０．１ＭＰａ〜約１０ＭＰａであり、より好ましくは約０．２ＭＰａ〜約５ＭＰａである。加圧ガス５の圧力自体は、例えばコンプレッサーおよび／またはガスボンベを利用することによって得ることができる。つまり、コンプレッサーを用いてガスの昇圧を行って加圧ガス５を得てよい。あるいは、ガス供給源として用いられるガスボンベから供されるガスをそのまま加圧ガス５として使用してもよい。ここでいう「コンプレッサー」とは、いわゆる“ガスコンプレッサー”のことであって、ガスの圧縮によってガス圧を高くすることができる圧送機を指している。また、「ガスボンベ」は、主にガス源として用いられる高圧ガスを貯留したガス容器（例えば、可搬式の高圧ガス容器）のことを指している。

仕込み密閉容器２から移送された研磨流体７が貫通流路９に流入すると、研磨流体７によって貫通流路９の流路面の付着物等が削り取られる。粉末焼結積層法により三次元構造体８が得られた場合（すなわち、“三次元形状造形物”の場合）、その貫通流路９の流路面には“焼結または溶融しなかった粉末原料”が付着していることが多いが、そのような不要な粉末原料を研磨流体７で削り取ることができる。具体的には、貫通流路９に流入した研磨流体７の砥粒７１の研磨作用によって、かかる不要な粉末原料が削り取られ、貫通流路９の研磨が行われることになる。このような貫通流路９の研磨によって貫通流路９の流路面の付着物等が除去されるので、貫通流路９の断面サイズなどを所望のものにすることができる。つまり、研磨処理後に貫通流路９を温調媒体路として用いる場合、所望の流量および／または流速でもって温調媒体（例えば冷却液など）を貫通流路９に流すことができる。これは、三次元構造体８を例えば金型として用いる場合、三次元構造体８の冷却等をより適切に行うことができることを意味している。

本発明に係る研磨方法の特徴１つは、仕込み密閉容器２から貫通流路９への送液に特徴を有する。具体的には、本発明に係る研磨方法では、図１０に示すように、研磨流体７が仕込まれた仕込み密閉容器２の底部２８から研磨流体７を抜き出して貫通流路９へと研磨流体７を送る。このように研磨流体７を送ると、貫通流路９の研磨処理をより適切に行うことができる。より具体的には、砥粒７１がより適量含まれた状態の研磨流体７を貫通流路９へと送ることができる。つまり、貫通流路９の研磨には砥粒７１が作用するところ、仕込み密閉容器２の底部２８から研磨流体７を抜き出すことによって、液体７２よりも一般に比重が大きく仕込み密閉容器２の底部２８にたまる砥粒７１を研磨流体７により適量含ませることができる。

また、仕込み密閉容器２の底部２８から研磨流体７を抜き出す場合、いわゆる“水頭圧”に起因して研磨流体７が第二管１０から押し出される作用が生じ得る。仕込み密閉容器２内において研磨流体７のレベルが第二管１０の先端部レベルよりも高い位置にあるからである。つまり、“ガス５の圧力”のみならず、“水頭圧”にも起因して研磨流体７は貫通流路９へと移送され、更には貫通流路９を経た研磨処理に供した研磨流体７が貫通流路９から流出されることになる。

本発明に係る研磨方法では、加圧ガスの供給を“抜き出し口”に向けてよい。具体的には、図１２に示すように、第一管６からの加圧ガス５が仕込み密閉容器２の底部における第二管１０の入口に向かう方向となるように加圧ガス５の供給を行ってよい。これにより、研磨流体７中の砥粒７１が第二管１０の入口へと移動し易くなり、砥粒７１がより適量含まれた研磨流体７を第二管１０から抜き出すことができる。つまり、貫通流路のより好適な研磨処理がもたらされることになる。

（テーパー形態の底部容器の使用）
本発明のある好適な実施形態では、テーパー形態の底部を有する仕込み密閉容器を用いる。具体的には、図４に示すように、底部２８が鉛直下向きに漸次幅狭となった仕込み密閉容器２を用いる。これにより、仕込み密閉容器２内の研磨流体７では砥粒７１が底部２８の一箇所に集まり易くなり、より好適に仕込み密閉容器２から研磨流体７を抜き出すことができる。特に、図４に示すように、仕込み密閉容器２の底部２８の最下レベルから研磨流体７の抜き出しを行うことが好ましい。つまり、仕込み密閉容器２の底部２８において最も幅狭となったポイントから研磨流体７を抜き出すことが好ましい。このような抜き出しによって、貫通流路へと送られる研磨流体７は砥粒７１をより適量含んだ状態となり易くなる。

あくまでも例示にすぎないが、テーパー角度α（図４参照）が好ましくは３０°〜１６０°程度、より好ましくは４５°〜１３５°程度となった底部２８を有する仕込み密閉容器２を用いる。かかるテーパー角度αは研磨流体７に含まれる砥粒７１の種類および／または量などに応じて決定することが好ましい。典型的にいえば、砥粒７１の比重がより大きい場合、上記テーパー角度αをより大きくすることが好ましいのに対して、砥粒７１の比重がより小さい場合、上記テーパー角度αをより小さくすることが好ましい。

（曲面形態の底部内面の使用）
本発明のある好適な実施形態では、図５に示すように、底部２８の内面２８’が曲面を成す仕込み密閉容器２を用いる。“曲面”を成す場合、砥粒７１を液体７２中でより好適に分散させることができる。より具体的には、底部２８の内面２８’に隣接するように第一管６を設ける場合（図６参照）、“曲面”は、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７で効果的な対流をもたらし易くなり、砥粒７１を液体７２中でより好適に分散させることができる。より好ましくは、図６に示すように仕込み密閉容器２内の第一管６と底部２８の曲面状の内面２８’との離隔距離が略一定となった第一管６から加圧ガス５を供給すると、研磨流体７でより効果的な対流が発生し易く、砥粒７１の分散が促進される。また、攪拌翼を用いた攪拌を行う場合であっても、“曲面”は、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７に効果的な対流をもたらし易く、砥粒７１を液体７２中でより好適に分散させることができる。このような分散は、仕込み密閉容器２内の研磨流体７で砥粒７１をより長い時間浮遊させることができることにつながる。よって、砥粒７１がより適量含まれた研磨流体７を流路目詰りなく貫通流路へと送ることができ、貫通流路をより適切に研磨できる。より具体的には、第二管１０および送液ライン１４を介して貫通流路９へと送られる研磨流体７（図１０参照）について砥粒量が過度に多くならず管内の詰まり（過剰量の砥粒７１によって管路が塞がれることによる第二管１０および／または送液ライン１４の詰まり）を防止できる。

特に、テーパー形態の底部２８を有すると共に、かかる底部２８の内面２８’が曲面を成す仕込み密閉容器２を用いることが好ましい（図７参照）。これにより、砥粒７１が底部２８においてより効率良く一箇所に集まり易くなるだけでなく、必要に応じて行われる砥粒７１の分散処理によって、仕込み密閉容器２内の研磨流体７にて砥粒７１をより長い時間浮遊させることができる。つまり、管内の詰まり防止を図りながらも、より好適に仕込み密閉容器２から研磨流体７を抜き出すことができる。

（水平方向回転軸の攪拌翼の使用）
本発明のある好適な実施形態では、水平方向回転軸の攪拌翼４０を使用してよい。図８に示すように、仕込み密閉容器２内に設置された攪拌翼４０を回転させて砥粒７１を液体７２中に分散させてよく、特に攪拌翼４０の回転軸４４が水平方向に向くように回転を行ってよい。

攪拌翼４０は、仕込み密閉容器２内にて回転軸４４が水平方向に向いているので、より好適な分散処理をもたらし得る。具体的には、研磨流体７中では砥粒７１が下方にたまる傾向を有するところ、過度に下方にたまると、仕込み密閉容器２の底部２８から研磨流体７を抜き出す際に管内の詰まりを引き起こしてしまう。この点、回転軸４４が水平方向に向いた攪拌翼４０でもって攪拌を行うと、砥粒７１が液体７２中において特に上方側へと分散され、“砥粒の過度なたまり”を減じることができる。

攪拌翼４０には、動力源としての回転駆動手段が回転軸４４に取り付けられていてよい。あるいは、回転駆動手段が攪拌翼４０に設けられておらず、仕込み密閉容器２内に供給されるガスを利用して攪拌翼４０を回転させる態様であってもよい。かかる場合、仕込み密閉容器２内に供給される加圧ガス５を攪拌翼４０に当てることによって攪拌翼４０の回転を行うことが好ましい。攪拌翼４０の回転動力源として別個の手段を用いる必要がなく、より効率的な分散処理を実施できるからである。回転動力源として用いるガスは、あくまでも加圧ガス５であるので、仕込み密閉容器２内の加圧にも寄与する。つまり、仕込み密閉容器２内に供給される加圧ガス５を、攪拌翼４０の回転のみならず、仕込み密閉容器２から貫通流路への研磨流体７の送液にも利用することができる。

底部２８の内面２８’が曲面を成す仕込み密閉容器２を用いる場合、回転する攪拌翼４０が曲面に沿ったものにしてよい。具体的には、図８に示すように、攪拌翼４０の最外ポイントの回転軌跡の一部が曲面状の内面２８’に沿ったものとなるように、攪拌翼４０の回転を行ってよい。これにより、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７により効果的な対流が発生し易くなり、砥粒７１が液体７２中でより好適に分散され得る。つまり、仕込み密閉容器２内の研磨流体７で砥粒７１をより長い時間浮遊させることができ、仕込み密閉容器２から研磨流体７を抜き出す際の管内の詰まりをより効果的に防止できる。

なお、攪拌翼４０は、１つに限らず、図９に示すように、少なくとも２つの攪拌翼４０を回転させて分散処理を行ってもよい。これにより、仕込み密閉容器２の容積が大きい場合であっても、砥粒７１の分散を研磨流体７の全体により好適に及ぼすことができる。

以上、本発明の一実施形態に係る研磨方法について具体的に説明したが、本発明は、種々の態様を採ることができる。

（仕込み密閉容器の傾斜設置の態様）
本発明に係る研磨方法は、仕込み密閉容器を“傾斜態様”で用いてよい。具体的には、図１３に示すように、仕込み密閉容器２の軸２ａが鉛直方向に対して角度を成すように仕込み密閉容器２を傾けておいてよい。かかる場合、仕込み密閉容器２の底部２８における最下レベルから研磨流体７の抜き出しを行うことが好ましい。“傾斜態様”の場合、仕込み密閉容器２に仕込まれた研磨流体７では砥粒７１が底部２８の一箇所に集まり易くなり、より好適に仕込み密閉容器２から研磨流体７を抜き出すことができる。つまり、砥粒７１がより適量含まれた状態で第二管１０を介して研磨流体７を抜き出すことができる。

（回収密閉容器を用いる態様）
本発明に係る研磨方法は、回収密閉容器を用いて実施してもよい。具体的には、図１４に示すように、貫通流路９から流出した研磨流体７を回収密閉容器３に回収してよい。つまり、貫通流路９を通るように仕込み密閉容器２から回収密閉容器３へと研磨流体７を流してよい。図示されるように、貫通流路９から流出した研磨流体７は、回収密閉容器３の第三管１１を介して回収密閉容器３へと導かれることになる。

一般的には、研磨流体７が回収されるに伴って回収密閉容器３内では研磨流体７の体積が増すことになる。回収密閉容器３内で研磨流体７の体積が増すと、回収密閉容器３内の圧力が増加し得る。つまり、研磨流体７が回収されるに伴って、仕込み密閉容器２と回収密閉容器３との間の圧力差が一般に小さくなってしまう。圧力差が小さくなると、貫通流路９を通して仕込み密閉容器２から回収密閉容器３へと研磨流体７を流しにくくなる。そこで、本発明のある好適な実施形態では、回収密閉容器３の第四管１２から回収密閉容器３の内部のガス５’を排気する。これにより、回収密閉容器３内の圧力増加を効果的に減じることができ、仕込み密閉容器２と回収密閉容器３との間の圧力差をより好適に維持することができる。つまり、研磨処理を継続的に実施したとしても、貫通流路９を通して仕込み密閉容器２から回収密閉容器３へと研磨流体７をより好適に流し続けることができる。

なお、図示していないが、仕込み密閉容器２の第一管６および第二管１０、ならびに、回収密閉容器３の第三管１１および第四管１２には、流体・ガスの流通状態を遮断または調整できるバルブが設けられていてよい。換言すれば、バルブの開閉操作によって、供給される加圧ガス５、研磨流体７および／または排気されるガス５’の流通状態を遮断したり、あるいは、それらの流量を調整したりしてよい。例えば、第一管６に設けられたバルブの開閉状態を制御することによって、仕込み密閉容器２内へと供給される加圧ガス５の流量を調整することができる。また、第二管１０および／または第三管１１に設けられたバルブの開閉状態を制御することによって、貫通流路９を通る研磨流体７の量を調整することができる。更に、第四管１２に設けられたバルブの開閉状態を制御することによって、回収密閉容器３内のガス５’を外部（すなわち、大気中）へと排気する量を調整することができる。そのように用いられるバルブの種類としては、例えばバタフライバルブまたはゲートバルブなどであってよい。

回収密閉容器３を用いる態様では、使用済みの研磨流体７を再利用してよい。つまり、貫通流路９から一旦流出した研磨流体７を貫通流路９へと再度流してよい。具体的には、貫通流路９から流出して回収密閉容器３で回収された研磨流体７を貫通流路９へと再度流してよい。つまり、第四管１２を介して回収密閉容器３の内部へと加圧ガスを供給することによって貫通流路９を通るように回収密閉容器３から仕込み密閉容器２へと研磨流体７を流してよい。かかる再利用の態様では、仕込み密閉容器２を回収側として用いる一方、回収密閉容器３を仕込み側として用いており、仕込み密閉容器２と回収密閉容器３との間の機能を反転させている。つまり、貫通流路９を通過する研磨流体７の流れ方向を再利用前の態様と比べて逆方向にしている。より具体的には、貫通流路９を介して仕込み密閉容器２から回収密閉容器３へと一旦流された研磨流体７は、それと逆方向に貫通流路９を介して回収密閉容器３から仕込み密閉容器２へと流される。回収密閉容器３へのガスの供給は、仕込み密閉容器２へのガス５の供給態様と同様であってよく、それゆえ、それについての説明は重複を避けるべく割愛する。

（乾燥用ガスの使用態様）
本発明に係る研磨方法に際しては乾燥用ガスを使用してよい。具体的には、図１５に示すように、研磨流体による研磨処理後において乾燥用ガス１８を貫通流路９に流してよい。乾燥用ガス１８を流すことによって、研磨処理後に貫通流路９に残存した研磨流体の液体が気化し易くなり、貫通流路９を好適に乾燥させることができる。

例えば、貫通流路９に研磨流体の液体が残存したままだと、三次元構造体８（特に金属から形成された三次元構造体８の場合）に錆などが発生する不都合が生じ得るが、乾燥用ガス１８を流して貫通流路９を乾燥させることによって、かかる不都合を減じることができる。また、研磨処理後には貫通流路９の流路面に砥粒が残存する場合があるが、乾燥用ガス１８を流すことで、そのような砥粒を貫通流路９から排出できる効果も期待できる。

乾燥用ガス１８は、研磨処理後の貫通流路９の乾燥に資するものであれば、いずれの種類のガスであってよい。例えば、乾燥用ガス１８として、高温および/または低湿度のガスを用いてよい。ここでいう「高温」とは、常温（例えば２３℃）よりも高い温度を有する態様を指し、「低湿度」とは、例えば貫通流路９の内部空間における水蒸気圧力よりも低い水蒸気圧力を有する態様を指す。このような高温および/または低湿度のガスを乾燥用ガス１８として用いることによって、貫通流路９を効果的に乾燥させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、それは本発明の適用範囲のうちの典型例を示したに過ぎない。従って、本発明は、上記にて説明した実施形態に限定されず、種々の変更がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。

１ 三次元構造体の貫通流路を研磨するためのデバイス
２ 仕込み密閉容器
３ 回収密閉容器
５ 加圧ガス
６ 第一管
７ 研磨流体
８ 三次元構造体
９ 貫通流路
１０ 第二管
１１ 第三管
１２ 第四管
２８ 仕込み密閉容器の底部
２８’仕込み密閉容器の底部の内面
４０ 攪拌翼
４４ 回転軸
７１ 砥粒
７２ 液体

Claims (13)

1. 三次元構造体の貫通流路を研磨するための方法であって、
   砥粒および液体を含んで成る研磨流体を前記貫通流路に流して該貫通流路の研磨処理を行っており、
   前記研磨流体が仕込まれた仕込み密閉容器の底部から該研磨流体を抜き出して前記貫通流路へと該研磨流体を送ることを特徴とする、方法。
2. 前記底部が鉛直下向きに漸次幅狭となった前記仕込み密閉容器を用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記底部の内面が曲面を成す前記仕込み密閉容器を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記研磨処理では、前記仕込み密閉容器内に供給した加圧ガスによって前記研磨流体を該仕込み密閉容器内で加圧し、それによって、該仕込み密閉容器の前記底部から該貫通流路へと該研磨流体を流入させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記仕込み密閉容器内に設置された攪拌翼を回転させて前記砥粒を前記液体中に分散させており、
   前記攪拌翼の回転軸が水平方向に向くように前記回転を行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記仕込み密閉容器内に供給される前記加圧ガスを前記攪拌翼に当てることによって該攪拌翼の前記回転を行うことを特徴とする、請求項４に従属する請求項５に記載の方法。
7. 前記貫通流路から流出した前記研磨流体を回収密閉容器に回収しており、
   前記回収では前記回収密閉容器内のガスを外部へと排気することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記三次元構造体として、粉末焼結積層法によって製造された三次元形状造形物を用いることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 三次元構造体の貫通流路を研磨するためのデバイスであって、
   砥粒および液体を含んで成る研磨流体を仕込むための仕込み密閉容器を有して成り、
   前記仕込み密閉容器は、外部から該仕込み密閉容器の内部へとガスを供給するための第一管、および、該仕込み密閉容器の前記内部から前記貫通流路へと前記研磨流体を導くための第二管を備えており、
   前記仕込み密閉容器の底部に対して前記第二管が設けられていることを特徴とする、デバイス。
10. 前記仕込み密閉容器の前記底部が鉛直下向きに漸次幅狭となっていることを特徴とする、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記仕込み密閉容器の前記底部の内面が曲面を成していることを特徴とする、請求項９または１０に記載のデバイス。
12. 前記仕込み密閉容器内において回転軸が水平方向に向いた攪拌翼を更に有して成ることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載のデバイス。
13. 前記貫通流路から流出した前記研磨流体を回収するための回収密閉容器を更に有して成り、
    前記回収密閉容器が、前記貫通流路から流出した前記研磨流体を前記回収密閉容器内に導くための第三管、および、該回収密閉容器内のガスを外部へと排気するための第四管を備えていることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載のデバイス。

Images