JP2019085637A - 断熱構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に製造でき、断熱性能を向上させた断熱構造体を提供する。【解決手段】 断熱構造体１は、積層された複数の階層部からなる。前記複数の階層部は、その層厚方向に垂直な方向にそれぞれ延びる複数の支持部を有し、前記階層部の支持部同士の間に空隙が形成されている。隣接する２つの前記階層部のうちの一方の階層部を構成する前記支持部が、前記２つの階層部のうちの他方の階層部を構成する前記支持部に支持されている。【選択図】図１

Description

本発明は、断熱構造体及びその製造方法に関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、燃焼室の内壁面に陽極酸化皮膜が形成された内燃機関は知られている。この内燃機関においては、陽極酸化皮膜を構成する中空セルの内周面及び外周面を、溶解液を用いて溶解させることにより、中空セルの内径を拡大させるとともに、隣接する中空セル間の空隙を拡大させて、陽極酸化皮膜の気孔率を所定の値（１０％〜２０％）に設定している。これにより、燃焼室の断熱性能の向上（つまり、熱伝導率の低下）を図っている。

また、例えば、特許文献２に記載されているように、フィルターとして用いられる構造体は知られている。この構造体は、合成樹脂材（例えばウレタン製材）に発泡処理を施しておき、さらに加圧処理及び／又は化学処理を施して気孔同士を連通させる。そして、無電解めっき法、蒸着法、スパッタ法などを用いて、気孔の内周面に金属材を成膜する。最後に、合成樹脂材を溶解させることにより、金属材で構成された支持部材が３次元的に接続された構造体（立体網目構造体）が形成される。

特開２０１２−４６７８４号公報 特開２０１２−２１４８７９号公報

特許文献１では、中空セルの内径を拡大させるとともに、隣接する中空セル間の空隙を拡大させている。すなわち、中空セルの壁厚を小さくしている。したがって、この場合、中空セルの壁部の耐力が低下する。つまり、断熱構造体としての陽極酸化皮膜の強度が低下する。陽極酸化皮膜に外力（圧力）が印加された際、中空セル同士が離間している部分では中空セル同士が互いに支持し合うことができず、陽極酸化皮膜が破損する虞がある。そのため、中空セルの壁厚をあまり小さく設定できない。つまり、陽極酸化皮膜の気孔率をあまり大きく設定できない。したがって、断熱構造体としての陽極酸化被膜の断熱性能をあまり高く設定できない。また、気孔率（すなわち中空セルの壁厚）を所定の値に設定するために、溶解液の温度及び濃度、並びに処理時間などを管理する必要がある。

また、特許文献２の構造体を製造するためには、多くの工程を経る必要がある。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、簡単に製造でき、断熱性能を向上させた断熱構造体を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、積層された複数の階層部（Ｆ１〜Ｆ５）からなる断熱構造体であって、前記複数の階層部は、その層厚方向に垂直な方向にそれぞれ延びる複数の支持部（ＳＰ_Ｆ１〜ＳＰ_Ｆ５）を有し、前記階層部の支持部同士の間に空隙が形成されており、隣接する２つの前記階層部のうちの一方の階層部を構成する前記支持部が、前記２つの階層部のうちの他方の階層部を構成する前記支持部に支持されている、断熱構造体（ＳＢ，１，１Ａ，１Ｂ）としたことにある。

また、本発明の特徴は、粉末状の金属材からなる材料層（Ｍ１１〜Ｍ１７）を形成しておき、前記材料層の表面にて前記レーザー光のスポット（ＳＰ）を走査して、前記材料層（Ｍ１１〜Ｍ１７）のうち、前記レーザー光のスポットが走査された部分の金属材を結合させる工程を繰り返すことにより、層厚方向に垂直な方向へそれぞれ延びる複数の第１支持部であって、隣接する第１支持部同士の間に空隙を有する第１階層部を形成する第１工程と、前記第１階層部の上面に積層される第２階層部を形成する工程であって、前記粉末状の金属材からなる材料層（Ｍ２１〜Ｍ２６）を前記第１階層部の上方に形成しておき、前記第１階層部の上方に形成した材料層の表面にて前記レーザー光のスポットを走査して、前記材料層（Ｍ２１〜Ｍ２６）のうち、前記レーザー光のスポットが走査された部分の金属材を結合させる工程を繰り返すことにより、層厚方向に垂直な方向へそれぞれ延びていて、前記第１階層部の複数の第１支持部に支持された複数の第２支持部であって、隣接する第２支持部同士の間に空隙を有する第２階層部を形成する第２工程と、を含む断熱構造体の製造方法としたことにある。

この場合、前記複数の階層部のうちの第１階層部は、所定の第１方向へそれぞれ延びる複数の支持部を有し、前記第１階層部に隣接する第２階層部は、前記第１方向に交差する第２方向へそれぞれ延びる複数の支持部を有するとよい。

前記複数の階層部に陽極酸化皮膜が形成されているとよい。

本発明に係る断熱構造体は、複数の支持部からなる階層部が積層された立体網目構造を有する。そして、隣接する階層部の支持部同士が互いに支持し合っている。つまり、階層部同士が互いに支持し合っている。そのため、断熱構造体の強度を比較的高く保ったまま、空隙率（気孔率）を従来の断熱構造体より増大させて、断熱性能を向上させることができる。

また、このような断熱構造体は、積層造形装置を用いて製造することができる。したがって、特許文献１のような溶解液の温度及び濃度、並びに処理時間の管理が必要な製造方法に比べて、簡単に断熱構造体を製造できる。また、特許文献２の断熱構造体の製造方法に比べて工程数が少ない。

また、本発明の他の特徴は、前記空隙が、前記陽極酸化皮膜よりも高硬度の充填材で塞がれている、断熱構造体としたことにある。これによれば、断熱構造体の強度をさらに高く設定できる。

また、本発明の他の特徴は、前記複数の階層部（Ｆ１〜Ｆ５）のうち、それらの積層方向における一端部に配置された階層部（Ｆ１）が所定の基材（ＢＰ）の表面に形成され、前記複数の階層部にうち、それらの積層方向における他端部に配置された階層部（Ｆ５）を構成する各支持部間の空隙が、前記陽極酸化皮膜より熱伝導性の低い充填材で塞がれており、前記複数の階層部のうち、前記基材側に配置された複数の階層部（Ｆ１〜Ｆ４）の空隙が前記充填材で塞がれることなく中空状に保持されている、断熱構造体としたことにある。

支持部間の空隙は断熱構造体の外部空間へ連通している場合、前記外部空間の流体（気体又は液体）は空隙に浸入して基材の上面に至る。よって、断熱構造体が基材の表面に形成された構造物全体としての熱伝導率は、基材の熱伝導率の影響を大きく受ける。本発明のように、基材とは反対側の階層部の空隙が充填材で塞がれ、基材側の複数の階層部の空隙が中空状態に保たれることにより、前記外部空間の流体が断熱構造体の内部に浸入し難くなり、基材及び断熱構造体からなる構造物全体としての熱伝導率をさらに向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る断熱構造体の斜視図である。 断熱構造体の中心部分を切り出して拡大した斜視図である。 断熱構造体の中心部分を切り出して拡大した側面図である。 第１階層部の平面図である。 第１階層部の支持部の延設方向に垂直な断面図である。 第２階層部の平面図である。 第３階層部の平面図である。 第４階層部の平面図である。 第５階層部の平面図である。 積層造形装置の概略図である。 第１階層部の１層目の材料層がコンテナ内に形成された状態を示す断面図である。 第１階層部を形成する際のレーザー光の軌跡を示す平面図である。 レーザー光によって材料層が焼結した様子を示す斜視図である。 第２階層部を形成する際のレーザー光の軌跡を示す平面図である。 第３階層部を形成する際のレーザー光の軌跡を示す平面図である。 第４階層部を形成する際のレーザー光の軌跡を示す平面図である。 各階層部を構成する材料層の構成を示す概略図である。 熱伝導率の測定結果を示す表である。 本発明の変形例に係る階層部の斜視図である。 本発明の他の変形例に係る階層部の平面図である。 表層の空隙が充填材で塞がれた断熱構造体の断面図である。 表層の空隙が塞がれずに外部空間へ連通している断熱構造体の表面に荷重を印加して形成された凹部を示す写真である。 表層の空隙が充填材で塞がれた断熱構造体の表面に荷重を印加して形成された凹部を示す写真である。

本発明の一実施形態に係る断熱構造体１について説明する。まず、断熱構造体１の概略について説明する。断熱構造体１は、図１に示すように、円板状の基板ＢＰ（又は円柱状の基材）の上面に形成される。基板ＢＰの直径は、例えば、５０ｍｍである。基板ＢＰ及び断熱構造体１は、アルミニウム合金材で構成されている。基板ＢＰの上面に、所定の方向に延びる複数の支持部（梁状の部材）を有する複数の階層部が積み上げられて立体網目構造を有する断熱構造体ＳＢ（図２参照）が形成され、その表面に陽極酸化皮膜が形成される。このようにして、断熱構造体１が製造される。

つぎに、断熱構造体ＳＢの構成について具体的に説明する。断熱構造体ＳＢは、図３に示すように、第１階層部Ｆ１〜第５階層部Ｆ５からなる。第１階層部Ｆ１が基板ＢＰの上面に形成され、さらにその上に第２階層部Ｆ２、第３階層部Ｆ３、第４階層部Ｆ４及び第５階層部Ｆ５が積層されている。詳しくは後述するように、第１階層部Ｆ１〜第５階層部Ｆ５の層厚（上下方向の寸法）は、０．１８ｍｍ〜０．２１ｍｍである。断熱構造体ＳＢ全体のとしての層厚は、０．９９ｍｍである。

第１階層部Ｆ１は、複数の支持部ＳＰ_Ｆ１から構成されている。各支持部ＳＰ_Ｆ１は、角柱状部である。各支持部ＳＰ_Ｆ１は、所定の方向に直線状に延びている（図４参照）。以下の説明において、支持部ＳＰ_Ｆ１の延設方向を前後方向と呼ぶ。また、前後方向に垂直且つ上下方向（各階層部の積層方向）に垂直な方向を左右方向と呼ぶ。図５に示すように、支持部ＳＰ_Ｆ１の長手方向に垂直な断面は、矩形を呈する。支持部ＳＰ_Ｆ１の幅方向の寸法ｗは、例えば、０．２ｍｍである。また、支持部ＳＰ_Ｆ１の高さ方向の寸法ｈは、例えば、０．２１ｍｍである。これらの支持部ＳＰ_Ｆ１が左右方向に等間隔に配列されている。隣り合う支持部ＳＰ_Ｆ１，ＳＰ_Ｆ１の間隔Δｄは、例えば、０．７５８ｍｍである。隣り合う支持部ＳＰ_Ｆ１，ＳＰ_Ｆ１の間は空隙である。

第２階層部Ｆ２〜第５階層部Ｆ５も複数の角柱状の支持部ＳＰ_Ｆ２〜支持部ＳＰ_Ｆ５からそれぞれ構成されている（図２及び図３参照）。支持部ＳＰ_Ｆ２〜支持部ＳＰ_Ｆ５の形状（長手方向に垂直な断面形状）は支持部ＳＰ_Ｆ１の形状と略同一であるが、厳密には、支持部ＳＰ_Ｆ１〜支持部ＳＰ_Ｆ５の上下方向の寸法ｈが若干異なる。支持部ＳＰ_Ｆ２〜支持部ＳＰ_Ｆ５の上下方向の寸法ｈについては、後述する。支持部ＳＰ_Ｆ１〜支持部ＳＰ_Ｆ５の幅方向の寸法ｗは同一である。また、隣り合う支持部の間隔も、支持部ＳＰ_Ｆ１，ＳＰ_Ｆ１の間隔Δｄと同一である。ただし、支持部ＳＰ_Ｆ２〜支持部ＳＰ_Ｆ４の延設方向が支持部ＳＰ_Ｆ１の延設方向とは異なる。つまり、これらの階層部の支持部と、支持部ＳＰ_Ｆ１とはねじれの位置にある。

具体的には、断熱構造体１の平面視において、支持部ＳＰ_Ｆ２は、左右方向及び前後方向に対して４５°だけ傾斜した方向に延設されている（図６参照）。また、同平面視において、支持部ＳＰ_Ｆ３は、支持部ＳＰ_Ｆ１の延設方向に垂直な方向（すなわち左右方向）に延設されている（図７参照）。また、同平面視において、支持部ＳＰ_Ｆ４は、支持部ＳＰ_Ｆ２の延設方向に垂直な方向に延設されている（図８参照）。なお、支持部ＳＰ_Ｆ５は，支持部ＳＰ_Ｆ１と平行（すなわち前後方向）に延設されている（図９参照）。なお、隣接する２つの階層部（例えば、第１階層部Ｆ１と第２階層部Ｆ２）のうち、上側の階層部（例えば第２階層部Ｆ２）の支持部（例えば支持部ＳＰ_Ｆ２）は、下側の階層部（例えば第１階層部Ｆ１）を構成する２つの支持部（支持部ＳＰ_Ｆ１）に橋架されている。この橋架部の下方の部分（下側の２つの支持部の間の部分であって、上側の支持部の下方に位置する部分）も空隙である。

つぎに、断熱構造体１の製造方法について説明する。まず、図１０に示す積層造形装置ＡＭを用いて、断熱構造体ＳＢが形成される。以下、積層造形装置ＡＭの構成について簡単に説明しておく。積層造形装置ＡＭは、テーブルＴＡ、コンテナＣＮ、材料供給装置ＭＦ及びレーザー照射機ＬＭを備える。テーブルＴＡは、略正方形の板状部材である。このテーブルＴＡの上面に基板ＢＰが載置され、その基板ＢＰの上面に断熱構造体ＳＢが形成される。以下、テーブルＴＡの一方の辺が左右方向に平行であり、他方の辺が前後方向に平行であるものとする。

コンテナＣＮは、上下方向に延びる角筒状部材である。コンテナＣＮの長手方向に垂直な断面は略正方形を呈する。コンテナＣＮの断面の内周縁の１辺の寸法は、テーブルＴＡの１辺の寸法と略同一である。コンテナＣＮの内部にテーブルＴＡが収容されている。テーブルＴＡは、コンテナＣＮの内側面に沿って上下方向に移動可能である。テーブルＴＡの下面が図示しないアクチュエータに接続されており、このアクチュエータによって、テーブルＴＡが上下方向に移動される。

材料供給装置ＭＦは、前後方向に延びる容器であり、内部に粉末状のアルミニウム材を含む金属材料を貯留している。材料供給装置ＭＦの底部に材料供給口が設けられている。この材料供給口は開閉可能である。材料供給口は、コンテナＣＮの上端面と略同一の高さに位置している。材料供給装置ＭＦは、図示しないアクチュエータに接続されており、このアクチュエータによって、材料供給装置ＭＦが左右方向に移動される。材料供給装置ＭＦがテーブルＴＡの上方を通過しているとき、材料供給口が開かれて、コンテナＣＮ内に金属材料が供給される。これにより、コンテナＣＮ内の空間の上端部（テーブルＴＡの上方）に材料層が形成される。

レーザー照射機ＬＭは、コンテナＣＮの上方に配置されており、レーザー光（Ｙｂファイバーレーザー）をコンテナＣＮ内の空間の上端面へ向けて出射する。レーザー照射機ＬＭは、互いに直交する２つの回動軸まわりに回動可能であり、前記回動軸まわりの回動角度を制御することにより、レーザー光の向きを任意に設定可能である。また、レーザー照射機ＬＭの出射口内には、レンズが組み込まれており、このレンズの位置を制御することにより、レーザー光の焦点距離（スポットＳＰの位置）を任意に設定可能である。これにより、材料層の表面に沿ってレーザー光のスポットＳＰが走査される。材料層のうち、レーザー光のスポットＳＰが走査された部分が焼結（結合）する。なお、レーザー照射機ＬＭの向きを固定しておき、出射口内又は外部に設けられた反射鏡へ向けてレーザー光を照射させ、その反射鏡の向きを制御することにより、レーザー光の向きを任意に設定してもよい。

つぎに、断熱構造体１の製造方法について具体的に説明する。まず、テーブルＴＡが駆動されて、その上面がコンテナＣＮの上端面と一致する状態に設定される。そして、テーブルＴＡの上面に基板ＢＰが載置（又は固定）される。

つぎに、テーブルＴＡが降下されて、基板ＢＰの上面とコンテナＣＮの上端面との距離が０．０３ｍｍになるようにテーブルＴＡの高さが設定される。この状態では、テーブルＴＡ及び基板ＢＰの上面と、コンテナＣＮの上端との間に少し隙間が形成されている。

つぎに、材料供給装置ＭＦがコンテナＣＮの上端面に沿ってテーブルＴＡの上方を左右方向へ移動される。材料供給装置ＭＦがテーブルＴＡの上方を通過しているとき、材料供給口が開かれる。これにより、前記隙間に、金属材料が充填される。つまり、図１１に示すように、コンテナＣＮの上端部に材料層Ｍ１１が形成される。

つぎに、材料層Ｍ１１の表面のうち、基板ＢＰの上方に位置する円形の領域Ａ１１において、図１２に示すように、レーザー光のスポットＳＰが走査される。具体的には、まず、レーザー光の照射が停止した状態に設定される。つぎに、レーザー光の出射口が、領域Ａ１１の円周上の点であって、領域Ａ１１の左端から見て０．７５８ｍｍだけ右方にずれた２つの点のうちの後側の点Ｐ０へ向けられる。つぎに、レーザー光の焦点距離が出射口と点Ｐ０との距離に合致するように設定される。つぎに、レーザー光の照射が開始される。この状態では、スポットＳＰが点Ｐ０に位置している。つぎに、領域Ａ１１の円周上の点であって、領域Ａ１１の左端から見て０．７５８ｍｍだけ右方にずれた２つの点のうちの前側の点Ｐ１に達するまで、スポットＳＰが前方へ直線状に走査される。これにより、領域Ａ１１のうち、スポットＳＰが走査された部分が焼結（結合）し、前後方向に延びる薄板部ＴＢが形成される（図１３参照）。後述するように、薄板部ＴＢが積層されて、支持部ＳＰ_Ｆ１が形成される。なお、本実施形態では、スポット径は０．１ｍｍであるが、スポットＳＰの周囲の部分にも熱が伝わるため、結果として、薄板部ＴＢの幅は０．２ｍｍ程度になる。スポットＳＰが点Ｐ１に達すると、レーザー光の照射が一時的に停止される。

つぎに、レーザー光の出射口が、領域Ａ１１の円周上の点であって、点Ｐ０から見て右方へ０．７５８ｍｍだけずれた２つの点のうちの前側の点Ｐ２へ向けられる。つぎに、レーザー光の焦点距離が出射口と点Ｐ２との距離に合致するように設定される。つぎに、レーザー光の照射が再開される。このように、スポットＳＰは、点Ｐ１から点Ｐ２に飛び移る。つぎに、領域Ａ１１の円周上の点であって、点Ｐ０から見て右方へ０．７５８ｍｍだけずれた２つの点のうちの後側の点Ｐ３に達するまで、スポットＳＰが後方へ直線状に走査される。そして、レーザー光の照射が一時的に停止される。

これ以降、領域Ａ１１の残りの領域に対し、上記のようなスポットＳＰの走査が実行されて、前後方向に延びる複数の薄板部ＴＢが等間隔に形成されていく。

領域Ａ１１へのレーザー光の照射が終了すると、テーブルＴＡがさらに０．０３ｍｍだけ降下される。そして、材料供給装置ＭＦにより、材料層Ｍ１１とコンテナＣＮの上端との間の隙間に、金属材料が充填される。つまり、材料層Ｍ１１に材料層Ｍ１２が積層される（図１７参照）。そして、材料層Ｍ１２のうち、テーブルＴＡの上方に位置する領域Ａ１２にレーザー光が照射される。この際のスポットＳＰの軌跡は、領域Ａ１１におけるスポットＳＰの軌跡と同一である（図１２参照）。以降、材料層Ｍ１１の領域Ａ１１及び材料層Ｍ１２の領域Ａ１２と同様に、材料層Ｍ１３〜材料層Ｍ１７の領域Ａ１３〜領域Ａ１７にレーザー光が照射される。このようにして、領域Ａ１１〜領域Ａ１７における薄板部ＴＢが積層されて、複数の支持部ＳＰ_Ｆ１からなる第１階層部Ｆ１が形成される。なお、各材料層の層厚が０．０３ｍｍであるので、７個の材料層から構成された第１階層部Ｆ１の層厚（つまり、支持部ＳＰ_Ｆ１の上下方向の寸法ｈ）は、０．２１ｍｍである。

つぎに、第１階層部Ｆ１に第２階層部Ｆ２が積層される。まず、テーブルＴＡが降下されて、第１階層部Ｆ１の上面とコンテナＣＮの上端面との距離が０．０３ｍｍになるようにテーブルＴＡの高さが設定される。材料供給装置ＭＦにより、コンテナＣＮ内に金属材料が供給され、第１階層部Ｆ１の上面に材料層Ｍ２１が形成される（図１７参照）。つぎに、材料層Ｍ２１の表面のうち、基板ＢＰの上方に位置する領域Ａ２１に、レーザー光が照射される。すなわち、領域Ａ２１内にて、図１４に示すように、レーザー光のスポットＳＰが走査される。領域Ａ２１におけるスポットＳＰの軌跡は、領域Ａ１１におけるスポットＳＰの軌跡を領域Ａ１１の中心周りに反時計方向へ４５°だけ回転させた軌跡に相当する。

領域Ａ２１へのレーザー光の照射が終了すると、テーブルＴＡがさらに０．０３ｍｍだけ降下される。そして、材料供給装置ＭＦによって、コンテナＣＮ内に金属材料が供給される。つまり、材料層Ｍ２１に材料層Ｍ２２が積層される。そして、材料層Ｍ２２のうち、テーブルＴＡの上方に位置する領域Ａ２２にレーザー光が照射される。この際のスポットＳＰの軌跡は、領域Ａ２１におけるスポットＳＰの軌跡と同一である。これ以降、材料層Ｍ２１の領域Ａ２１及び材料層Ｍ２２の領域Ａ２２と同様に、材料層Ｍ２３〜材料層Ｍ２６の領域Ａ２３〜領域Ａ２６にレーザー光が照射される。これにより、領域Ａ２１〜領域Ａ２６において、左右方向及び前後方向に対して４５°だけ傾斜した方向に延びる複数の薄板部ＴＢが、その延設方向に垂直な方向へ等間隔に形成される。このように、領域Ａ２１〜領域Ａ２６の薄板部ＴＢが積層されて、複数の支持部ＳＰ_Ｆ２からなる第２階層部Ｆ２が形成される。なお、第１階層部Ｆ１が７個の材料層から構成されるのに対し、第２階層部Ｆ２は６個の材料層から構成される（図１７参照）。各材料層の層厚が０．０３ｍｍであるので、６個の層から構成された第２階層部Ｆ２の層厚（つまり、支持部ＳＰ_Ｆ２の上下方向の寸法ｈ）は、０、１８ｍｍである。

第３階層部Ｆ３〜第５階層部Ｆ５も、第１階層部Ｆ１及び第２階層部Ｆ５と同様に形成される。すなわち、各材料層へのレーザー光の照射が終了するごとにテーブルＴＡが０．０３ｍｍだけ降下され、次の材料層が積層される。これを繰り返すことにより、第２階層部Ｆ２に、第３階層部Ｆ３、第４階層部Ｆ４及び第５階層部Ｆ５がこの順に積層される。第３階層部Ｆ３は、材料層Ｍ３１〜材料層Ｍ３７の領域Ａ３１〜領域Ａ３７にレーザー光を照射して形成される（図１５参照）。領域Ａ３１におけるスポットＳＰの軌跡は、領域Ａ２１におけるスポットＳＰの軌跡を領域Ａ２１の中心周りに反時計方向へ４５°だけ回転させた軌跡に相当する。このようにして、領域Ａ３１において、左右方向に延びる複数の薄板部ＴＢが、その延設方向に垂直な方向へ等間隔に形成される。領域Ａ３２〜領域Ａ３７にも領域Ａ３１と同様の薄板部ＴＢが形成される。このように、領域Ａ３１〜領域Ａ３７の薄板部ＴＢが積層されることにより、複数の支持部ＳＰ_Ｆ３からなる第３階層部Ｆ３が形成される。なお、第３階層部Ｆ３は、７個の材料層から構成される（図１７参照）。したがって、第３階層部Ｆ３の層厚（つまり、支持部ＳＰ_Ｆ３の上下方向の寸法ｈ）は、０．２１ｍｍである。

第４階層部Ｆ４は、材料層Ｍ４１〜材料層Ｍ４７の領域Ａ４１〜領域Ａ４６にレーザー光を照射して形成される（図１６参照）。領域Ａ４１におけるスポットＳＰの軌跡は、領域Ａ３１におけるスポットＳＰの軌跡を領域Ａ３１の中心周りに反時計方向へ４５°だけ回転させた軌跡に相当する。このようにして、領域Ａ４１において、前後方向及び左右方向に対して４５°だけ傾斜した方向（領域Ａ２１〜領域Ａ２６における走査方向に対して直交する方向）に延びる複数の薄板部ＴＢが、その延設方向に垂直な方向へ等間隔に形成される。領域Ａ４２〜領域Ａ４７にも領域Ａ４１と同様の薄板部ＴＢが形成される。このように、領域Ａ４１〜領域Ａ４６の薄板部ＴＢが積層されることにより、複数の支持部ＳＰ_Ｆ４からなる第４階層部Ｆ４が形成される。なお、第４階層部Ｆ４は、７個の材料層から構成される（図１７参照）。したがって、第４階層部Ｆ４の層厚（つまり、支持部ＳＰ_Ｆ４の上下方向の寸法ｈ）は、０．２１ｍｍである。

第５階層部Ｆ５は、材料層Ｍ５１〜材料層Ｍ５６の領域Ａ５１〜領域Ａ５６にレーザー光を照射して形成される（図１２参照）。領域Ａ５１におけるスポットＳＰの軌跡は、第１階層部Ｆ１を形成する際のスポットＳＰの軌跡と同一である。このようにして、領域Ａ５１において、前後方向に延びる複数の薄板部ＴＢが、左右方向へ等間隔に形成される。領域Ａ５２〜領域Ａ５６にも領域Ａ５１と同様の薄板部ＴＢが形成される。このように、領域Ａ５１〜領域Ａ５６の薄板部ＴＢが積層されることにより、複数の支持部ＳＰ_Ｆ５からなる第５階層部Ｆ５が形成される。なお、第５階層部Ｆ５は、６個の材料層から構成される（図１７参照）。したがって、第５階層部Ｆ５の層厚（つまり、支持部ＳＰ_Ｆ５の上下方向の寸法ｈ）は、０．１８ｍｍである。

最後に、焼結されずにコンテナＣＮ内に残った粉末状の金属材料が取り除かれる。上記のようにして形成された第１階層部Ｆ１〜第５階層部Ｆ５からなる断熱構造体ＳＢの空隙率は７５％である。なお、隣接する２つの階層部のうち、下側の階層部を形成する工程が本発明の第１工程に相当し、上側の改組部を形成する工程が本発明の第２工程に相当する。

つぎに、断熱構造体ＳＢ及び電極板が電解液（例えば硫酸）に浸漬される。そして、断熱構造体ＳＢが電源装置の陽極端子に電気的に接続され、電極板が前記電源装置の負極端子に電気的に接続された状態で通電される。これにより、断熱構造体ＳＢ（支持部ＳＰ_Ｆ１〜支持部ＳＰ_Ｆ５の表面）に陽極酸化被膜（アルマイト）が形成される。このようにして、断熱構造体１が製造される。なお、断熱構造体ＳＢの表面に陽極酸化皮膜を形成する工程が、本発明の第３工程に相当する。

アルミニウムのバルク体、前記バルク体の表面に陽極酸化被膜を形成した特許文献１と同様の従来の断熱構造体、断熱構造体ＳＢ、断熱構造体１Ａ、及び断熱構造体１Ｂの熱伝導率の測定結果を、図１８に示す。なお、断熱構造体１Ａの陽極酸化被膜（アルマイト被膜）は、比較的薄く、断熱構造体１Ｂの陽極酸化被膜（アルマイト被膜）は、比較的厚い。また、周知のレーザーフラッシュ法を用いて熱伝導率を測定した。上記のように、断熱構造体ＳＢの空隙率（７５％）は、従来の断熱構造体の空隙率（１０％）よりも大きい。そして、断熱構造体ＳＢの熱伝導率が従来の構造体の熱伝導率に比べて小さい。断熱構造体ＳＢに陽極酸化被膜（アルマイト）を形成した断熱構造体１の熱伝導率は、断熱構造体ＳＢに比べてさらに小さい。そして、陽極酸化被膜の膜厚の大きい断熱構造体１Ｂの方が、陽極酸化被膜の膜厚の小さい断熱構造体１Ａよりも熱伝導率を小さく設定できることが確かめられた。

上記のように、断熱構造体ＳＢは、立体網目構造を有する。つまり、１つの階層部の支持部が、その階層部に隣接する階層部の支持部に橋架されて、支持部同士が互いに支持し合っている。つまり、階層部同士が互いに支持し合っている。そのため、断熱構造体ＳＢの強度を比較的高く保ったまま、従来の断熱構造体より空隙率を増大させて、断熱性能を向上させることができる。

また、上記のように、本実施形態に係る断熱構造体ＳＢは、積層造形装置ＡＭを用いて製造される。したがって、特許文献１のように溶解液の温度及び濃度、並びに処理時間の管理が必要な製造方法に比べて、簡単に断熱構造体ＳＢを製造できる。また、特許文献２の断熱構造体の製造方法に比べて工程数が少ない。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、断熱構造体ＳＢは、第１階層部Ｆ１〜第５階層部Ｆ５から構成されているが、階層数を増加させても良いし、減少させて良い。また、各支持部の断面形状は矩形（図５参照）に限られず、任意に設定可能である。また、支持部ＳＰ_Ｆ１〜支持部ＳＰ_Ｆ５の寸法は上記実施形態に限られず、任意に設定可能である。また、例えば、各階層部の形状は上記実施形態の形状に限られない。例えば、図１９に示すように、同心円状に形成された複数の支持部からなる階層部と、放射状に延びる複数の支持部からなる階層部とが交互に設けられても良い。また、図２０に示すように、断熱構造体１（断熱構造体ＳＢ）の平面視において各階層部（又はいずれかの階層部）の空隙が多角形を呈するように設定しても良い。

また、断熱構造体１の空隙は、外部空間（断熱構造体１の外側の空間）へ連通している。この場合、前記外部空間の流体（気体又は液体）は空隙に浸入して基板ＢＰの上面に至る。よって、断熱構造体１が基板ＢＰの上面に形成された構造物全体としての熱伝導率は、基板ＢＰの熱伝導率の影響を大きく受ける。そこで、上記実施形態の断熱構造体１の空隙を、充填材で塞ぐとよい。この場合、例えば、断熱構造体１Ｂの表層（例えば、第５階層部Ｆ５）の空隙）に低熱伝導性材料を塗布して当該部分の空隙を塞ぎ、基板ＢＰ側の複数の階層部（例えば、第１階層部Ｆ１〜第４階層部Ｆ４）の空隙は低熱伝導性材料で塞がれることなく中空状態が保持されている断熱構造体１Ｃとするとよい（図２１参照）。なお、上記の充填材として、耐久性、熱伝導率及び耐熱性の観点からセラミックスが好適である。特に、シリカ系セラミックス、シリカ系コーティング材が好適である。これによれば、外部空間の流体が基板ＢＰの上面に到達し難くなり、断熱構造体１Ｃが基板ＢＰの上に形成された構造物全体としての熱伝導率を、断熱構造体１Ｂが基板ＢＰの上に形成された構造物全体としての熱伝導率よりさらに小さく設定できるだけでなく、断熱構造体１Ｃの強度を断熱構造体１Ｂよりさらに向上させ、耐久性を高めることができる。

例えば図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように、断熱構造体１Ｂの上面及び断熱構造体１Ｃの上面にプッシュプルゲージを押し当て、それぞれ１ｋｇｆの荷重を付加したときの凹部の直径を比較した。この場合、断熱構造体１Ｂ（図２２Ａ）においては、前記凹部の直径が１６０５μｍであるのに対し、断熱構造体１Ｃ（図２２Ｂ）においては、前記凹部の直径が５７８μｍであった。このように、断熱構造体１Ｃの強度が断熱構造体１Ｂより向上していることが確かめられた。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，ＳＢ・・・断熱構造体、ＡＭ・・・積層造形装置、ＢＰ・・・基板、ＣＮ・・・コンテナ、Ｆ１〜Ｆ５・・・階層部、ＬＭ・・・レーザー照射機、Ｍ１１〜Ｍ５６・・・材料層、ＭＦ・・・材料供給装置、ＳＰ・・・スポット、ＳＰ_Ｆ１〜ＳＰ_Ｆ５・・・支持部、ＴＡ・・・テーブル、ＴＢ・・・薄板部

Claims (8)

1. 積層された複数の階層部からなる断熱構造体であって、
   前記複数の階層部は、その層厚方向に垂直な方向にそれぞれ延びる複数の支持部を有し、
   前記階層部の支持部同士の間に空隙が形成されており、
   隣接する２つの前記階層部のうちの一方の階層部を構成する前記支持部が、前記２つの階層部のうちの他方の階層部を構成する前記支持部に支持されている、断熱構造体。
2. 請求項１に記載の断熱構造体において、
   前記複数の階層部のうちの第１階層部は、所定の第１方向へそれぞれ延びる複数の支持部を有し、
   前記第１階層部に隣接する第２階層部は、前記第１方向に交差する第２方向へそれぞれ延びる複数の支持部を有する、断熱構造体。
3. 請求項１又は２に記載の断熱構造体において、
   前記複数の階層部に陽極酸化皮膜が形成されている、断熱構造体。
4. 請求項３に記載の断熱構造体において、
   前記空隙が、前記陽極酸化皮膜よりも高硬度の充填材で塞がれている、断熱構造体。
5. 請求項３に記載の断熱構造体において、
   前記複数の階層部のうち、それらの積層方向における一端部に配置された階層部が所定の基材の表面に形成され、
   前記複数の階層部にうち、それらの積層方向における他端部に配置された階層部を構成する各支持部間の空隙が、前記陽極酸化皮膜より熱伝導性の低い充填材で塞がれており、前記複数の階層部のうち、前記基材側に配置された複数の階層部の空隙が前記充填材で塞がれることなく中空状に保持されている、断熱構造体。
6. 粉末状の金属材からなる材料層を形成しておき、前記材料層の表面にて前記レーザー光のスポットを走査して、前記材料層のうち、前記レーザー光のスポットが走査された部分の金属材を結合させる工程を繰り返すことにより、層厚方向に垂直な方向へそれぞれ延びる複数の第１支持部であって、隣接する第１支持部同士の間に空隙を有する第１階層部を形成する第１工程と、
   前記第１階層部の上面に積層される第２階層部を形成する工程であって、前記粉末状の金属材からなる材料層を前記第１階層部の上方に形成しておき、前記第１階層部の上方に形成した材料層の表面にて前記レーザー光のスポットを走査して、前記材料層のうち、前記レーザー光のスポットが走査された部分の金属材を結合させる工程を繰り返すことにより、層厚方向に垂直な方向へそれぞれ延びていて、前記第１階層部の複数の第１支持部に支持された複数の第２支持部であって、隣接する第２支持部同士の間に空隙を有する第２階層部を形成する第２工程と、を含む断熱構造体の製造方法。
7. 請求項６に記載の断熱構造体の製造方法において、
   前記複数の第１支持部は、所定の第１方向にそれぞれ延設され、
   前記複数の第２支持部は、前記第１方向に交差する第２方向にそれぞれ延設されている、断熱構造体の製造方法。
8. 請求項４又は５に記載の断熱構造体の製造方法において、
   前記第１階層部及び前記第２階層部の表面に陽極酸化皮膜を形成する第３工程をさらに含む、断熱構造体の製造方法。