JP6435748B2 - 積層造形部材および積層造形部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば三次元積層造形機等により製造される積層造形部材の機械的強度を高める技術に関する。

樹脂材料等により形成される部材を製造する技術として、三次元積層造形法と呼ばれる技術が有る。三次元積層造形法とは、樹脂等の材料によって、数μｍから数ｍｍの厚さの層を積み重ねていくことによって、目的の形状の部材を製造する方法である。この三次元積層造形法は、金型による成型工程を経ずに目的の三次元形状の部材を製造することができるという特徴がある。このため、三次元積層造形法は、曲がりくねった中空部分を持つ形状というような複雑な形状の部材を容易に製造することができる。また、三次元積層造形法は、金型を使わないことにより製造コストを削減することができる。さらに、三次元積層造形法は、複雑な形状を持つ単体の部材を実現し、これにより、部材の接合部分を無くすことができることから部材の軽量化を図ることができる。さらにまた、三次元積層造形法は、射出成形等で汎用的に使用されている熱可塑性樹脂を利用できるため、耐久性が必要な製品への活用を期待することができる。

三次元積層造形法には複数の種類がある。その一つである材料押し出し法を利用する三次元積層造形機は、例えば、ノズル先端から加熱により溶融している材料（造形材料）を押し出すことによって造形材料の層を形成し、当該層を冷却により固化する。そして、その後、三次元積層造形機は、その層の上に、加熱により溶融している状態の造形材料をノズル先端から押し出すことによって造形材料の層を積層形成する。この際、溶融状態の造形材料は、先に形成された造形材料の層に結合し、固化することにより当該造形材料の層間は密着する。三次元積層造形機は、上記のような工程を繰り返すことによって、目的の三次元形状を持つ部材を製造する。

なお、特許文献１には、光硬化性樹脂組成物を用いて光学的立体造形物を製造する場合に、黄色っぽく変色してしまう事態を防止できる技術が示されている。特許文献２には、電磁波遮蔽性および熱伝導性に優れると共に、耐摩耗性、防水性、意匠性、耐衝撃性あるいは難燃性のうちの少なくとも一つの特性を持つことができる部品を製造する技術が示されている。特許文献３には、三次元積層造形品に液状ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ（Dicyclopentadiene））樹脂を浸透させた後に硬化処理を実行することによって、三次元積層造形品の強度を強化する技術が示されている。

特開２０１４−８２０号公報 特開２０１４−８８０２０号公報 特開２００２−２７３７９６号公報

前述したような材料押し出し法を利用して三次元形状の部材（以下、三次元積層部材とも記載する）を製造する手法には、積層形成されている層間の密着強度が弱いという問題が有る。このために、三次元積層部材の機械的強度が、要求されている強度よりも大幅に小さくなってしまうという問題や、積層形成されている層間で破断が発生するという問題が生じる虞がある。

また、積層形成されている層間の密着強度と、部材の品質とは、トレードオフの関係にある。すなわち、積層形成されている層間の密着強度を高めるためには、粘度が低い材料を利用し、かつ、一つの層の厚みを厚くすることが好ましい。しかしながら、そのように粘度が低い材料を利用し、かつ、層の厚みを厚くすることにより、三次元積層部材に反りや変形や、設計寸法とのずれが大きくなる事態が発生し、三次元積層部材の品質が悪化してしまう。

特許文献３（特開２００２−２７３７９６号公報）には、前述の如く、三次元積層造形品に液状ＤＣＰＤ樹脂を浸透させた後に硬化処理を実行することによって、三次元積層造形品の強度を強化する技術が示されている。しかしながら、この特許文献３に示されている技術では、三次元積層造形品の表面部分の強度が強化されるにすぎない。このため、特許文献３の技術では、例えば応力が集中する部分では、積層形成されている層間で破断が発生する虞があり、三次元積層造形品の機械的強度に満足できるものではない。

本発明は上記課題を解決するためになされた。すなわち、本発明の主な目的は、三次元積層造形法により製造される部材の機械的強度を高めることができる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の積層造形部材は、
複数の層が積層形成されている積層部位を備え、
前記積層部位を構成する前記各層は、他の前記層に密着していない非積層面を有し、
前記積層部位における、前記層の積層方向に複数の前記非積層面が配置されている態様の層状壁面の少なくとも一部には、前記層を形成する材料とは異なる補助材料が２以上の前記非積層面に亘る形態でもって密着形成されている。

また、本発明の積層造形部材の製造方法は、
複数の層が積層形成され、かつ、それら各層は他の前記層に密着していない非積層面を有する構成を持つ積層部位を、三次元積層造形機を利用することによって形成し、
前記積層部位における、前記層の積層方向に複数の前記非積層面が配置されている態様の層状壁面の少なくとも一部に、前記層を形成する材料とは異なる補助材料を２以上の前記非積層面に亘る形態でもって密着形成する工程を含む。

本発明によれば、三次元積層造形法により製造される部材の機械的強度を高めることができる。

本発明に係る第１実施形態の積層造形部材の構成を説明するモデル図である。 図１に表す構成の変形例を表す図である。 本発明に係る第２実施形態の積層造形部材を構成する積層部位を表す模式的な外観図である。 図３に表されている積層部位の構成を説明する図である。 第２実施形態における積層部位の製造工程の一例を説明する図である。 本発明に係る第３実施形態の積層造形部材を構成する積層部位を表す模式的な外観図である。 図６に表されている積層部位の構成を説明する図である。 本発明に係る第４実施形態の積層造形部材を構成する積層部位を表す模式的な外観図である。 図８に表されている積層部位の構成を説明する図である。 第４実施形態における積層部位の製造工程の一例を説明する図である。 本発明に係る第５実施形態の積層造形部材を構成する積層部位を表す模式的な外観図である。 図１０に表されている積層部位の構成を説明する図である。 本発明に係る第６実施形態の積層造形部材を構成する積層部位の構成を説明する模式的な断面図である。 本発明に係る第７実施形態の積層造形部材を構成する積層部位の構成を説明する模式的な断面図である。 第７実施形態における積層部位の変形例を説明する模式的な断面図である。 本発明に係る第８実施形態の積層造形部材を構成する積層部位の構成を説明する模式的な断面図である。 第８実施形態において特徴的な構成を持つ積層部位である立ち上がり部の外観例を表す図である。 本発明に係る第９実施形態の積層造形部材を構成する積層部位の構成を説明する模式的な断面図である。 図１８に表されているねじ締め用ボスである立ち上がり部にねじが螺合している状態を表す断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態の積層造形部材の構成を模式的に表す図である。この第１実施形態の積層造形部材１は、積層部位２を備えている。なお、図１では、断面により積層部位２が表されている。

積層部位２とは、複数の層３が積層形成されて一体化している部位である。積層部位２を構成する各層３は、他の層３に密着していない非積層面４を有している。また、積層部位２は、層３の積層方向αに複数の非積層面４が配置されている態様の層状壁面５を備えている。この層状壁面５の少なくとも一部には、補助材料７が２以上の非積層面４に亘る態様でもって密着形成されている。補助材料７は、層３を形成する材料とは異なる材料である。なお、積層部位２が複数の層状壁面５を有している場合には、それら全ての層状壁面５に補助材料７が形成されていなくともよく、例えば、一つの層状壁面５に補助材料７が形成されているだけであってもよい。

この第１実施形態では、積層部位２を構成する全ての層３は、同じ形成材料により形成されている。このように、全ての層３の形成材料が同じであることにより、積層部位２の製造工程の煩雑化を防止でき、また、製造時間に要する時間が短くて済むという効果を得ることができる。なお、積層部位２の機械的強度等の様々な事情により、全ての層３の形成材料は同じでなくともよい。また、層３の形成材料の一例として、樹脂材料を挙げることができるが、例えば、金属材料であってもよい。

この第１実施形態では、前記の如く、層状壁面５の少なくとも一部には、補助材料７が２以上の非積層面４に亘る態様でもって密着形成されているので、積層部位２は、その機械的強度が高められている。すなわち、積層部位２は、複数の層３が積層形成されている構成であるので、層３と層３が接合している部分の機械的強度が弱い。これに対し、この第１実施形態では、補助材料７が、２以上の層３の非積層面４に亘る態様でもって、換言すれば、２以上の層３の接合を補助（補強）し層３間の結合強度を高める態様でもって、積層部位２の層状壁面５に密着形成されている。これにより、補助材料７は、積層部位２の機械的強度を高めることができる。この補助材料７は、層３の形成材料よりも材料特性である機械的強度が強い材料とすることにより、あるいは（および）、補助材料７により形成される層の厚みによって、層３間の結合強度を高めてもよい。

なお、補助材料７が積層部位２の層状壁面５に形成される態様は、図１の例に限定されず、例えば、図２（ａ）に表されるように、補助材料７は、層状壁面５における積層方向の下端から上端に掛けて形成されてもよい。また、補助材料７は、図２（ｂ）に表されるように層状壁面５から積層部位２の積層底面２ｂ、あるいは、積層上面２ｕに回り込んで形成されてもよい。

さらに、積層造形部材１は、積層部位２のみにより構成されていてもよいし、積層部位２以外の構成部を備えていてもよい。その積層部位２以外の構成部の構成は特に限定されず、様々な構成を採り得る。

＜第２実施形態＞
以下に、本発明に係る第２実施形態を説明する。

図３は、本発明に係る第２実施形態の積層造形部材を構成する積層部位を模式的に表す外観図である。図４（ａ）は、図３の積層部位１１を上方側から見た平面図（上面図）である。図４（ｂ）は、図３の積層部材１１におけるＡ−Ａ断面図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）におけるβ部分の模式的な拡大図である。

この第２実施形態の積層造形部材は積層部位１１を備えている。なお、この第２実施形態における積層造形部材における積層部位１１以外の構成は特に限定されず、ここでは、その説明は省略する。

積層部位１１は、三次元積層造形法により図４（ｃ）に表されるような複数の層１２が積層方向α（図４（ａ）参照）に積層形成されることによって製造（造形）される部材である。この第２実施形態では、全ての層１２は、同様な層の厚みを持ち、かつ、同じ材料により形成されている。例えば、層１２の厚みＤは、数μｍ（マイクロメートル）から数ｍｍ（ミリメートル）の範囲内における仕様により定められた厚み（例えば０．５ｍｍ）である。また、層１２を形成する形成材料は、例えば熱可塑性樹脂である。より具体的には、層１２の形成材料として、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂やポリ乳酸樹脂などを挙げることができる。このような樹脂材料は、三次元積層造形法の材料押し出し法により製品を製造する場合に汎用的に利用される材料である。このため、この第２実施形態の積層造形部材における積層部位１１（層１２）の形成材料として、そのような樹脂材料を利用することにより、積層造形部材の製造や、強度等の評価に汎用の技術を利用することができる。このため、この第２実施形態の積層造型部材の実現化を促進させることができる。また、ＡＢＳ樹脂などの非結晶樹脂は、溶融している温度範囲が広く、かつ、その温度範囲内における温度により粘度が変化する。このため、固化している非結晶樹脂の層１２に、溶融している非結晶樹脂を積層し当該非結晶樹脂を冷却により固化する際に、それら非結晶樹脂の層１２の界面同士が密着でき、これにより、非結晶樹脂の層１２間の密着強度を上げることができる。

また、層１２の形成材料は、上記のような樹脂材料に、機能追加（例えば弾性率の向上や、難燃性の付与など）のために添加剤（例えば、ガラス繊維等の無機フィラーや、シリコーンなど）が付与された材料であってもよい。

上記のような層１２が積層され一体化して成る積層部位１１は、図４（ｂ）に表されるように内部空間部１３を有する中空部材である。換言すれば、積層部位１１は、筒状の周壁１１ｓと、この周壁１１ｓの端部を開口端部として持つ開口を塞ぐ態様の端壁１１ｕ，１１ｂ（ここでは、便宜上、上端壁１１ｕ、底壁１１ｂとも記載する）とを備えている。なお、図３および図４に表されている積層部位１１は、上端壁１１ｕおよび底壁１１ｂが円形状（楕円形状）である円筒形状であるが、当該積層部位１１は、円筒形状に限定されない。例えば、積層部位１１は、上端壁１１ｕおよび底壁１１ｂが三角以上の多角形状である筒形状（中空の柱状）であってもよい。

この第２実施形態では、積層部位１１の内部空間部１３を囲んでいる周壁１１ｓの壁面は、層１２における非積層面１２ａ（他の層１２に密着していない面）が積層方向αに配置されている層状壁面１５と成している。

また、積層部位１１の上端壁１１ｕには、外部から内部空間部１３に貫通する貫通孔１４が複数（図３および図４の例では、２個）形成されている。これら貫通孔１４は、積層部位１１を製造する際に使用する部位である。つまり、貫通孔１４の一つは、内部空間部１３に次に述べる補助材料１６を注入する注入孔として機能し、貫通孔１４の別の一つは、内部空間部１３の気体（空気）を外部に排出する排気孔として機能する。

貫通孔１４の孔径、形成位置および形成数は、積層部位１１の大きさ、形状や補助材料１６の粘性等を考慮して適宜設定される。すなわち、貫通孔１４に関する構成は、図３および図４に表される構成に限定されない。

この第２実施形態では、積層部位１１の内部空間部１３および貫通孔１４には、補助材料１６が充填されている。換言すれば、積層部位１１における内部空間部１３の層状壁面１５である内壁面には、補助材料１６が全ての非積層面１２ａに亘る態様で密着形成されている。なお、図３および図４の例では、補助材料１６は、積層部位１１の内部空間部１３に充填されているが、当該補助材料１６は、内部空間部１３の一部に形成されていてもよい。ただし、このように内部空間部１３の一部に補助材料１６が形成される場合であっても、補助材料１６は、層状壁面１５に、複数の非積層面１２ａに亘る態様でもって密着形成される。

補助材料１６は、例えば、層１２が熱変形する熱変形温度よりも融点が低い熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂である。この補助材料１６を選定する場合には、例えば、材料の物性としての引っ張り強度、曲げ強度あるいはアイゾット衝撃強さ等の機械的強度が、層１２間の密着強度よりも優れた材料が補助材料１６として選定される。また、補助材料１６は、層１２を積層一体化して積層部位１１を形成した後に、当該積層部位１１の内部空間部１３に注入されるという製造工程により積層部位１１の内部空間部１３における層状壁面１５に密着形成される。このような製造工程を経るために、溶融状態の補助材料１６の熱によって、層１２（積層部位１１）が変形しないように、補助材料１６は、前記の如く、層１２が熱変形する熱変形温度を考慮して選定される。例えば、層１２の形成材料が７５℃で熱変形するＡＢＳ樹脂である場合には、補助材料１６として、例えば、７５℃よりも低い温度で溶融するエポキシ樹脂が利用される。また、層１２の形成材料が２０３℃程度で熱変形するポリエーテルサルホン樹脂である場合には、補助材料１６として、例えば、融点が１６０℃程度のポリ塩化ビニルが利用される。

さらに、補助材料１６についても、層１２の形成材料と同様に、機能追加（例えば弾性率の向上や、難燃性の付与など）のために添加剤（例えば、ガラス繊維等の無機フィラーや、シリコーンなど）が付与されていてもよい。例えば、補助材料１６としてエポキシ樹脂を利用する場合に、そのエポキシ樹脂に、１０μｍ程度の大きさのシリカフィラーを添加することにより、補助材料１６の剛性を添加前よりも高めることができる。

補助材料１６として利用することが可能な熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は、溶融状態での粘度が低く、また、温度等による変形が小さい材料である。また、エポキシ樹脂は、溶融状態での粘度が低いことから、毛細管現象により微細な部分に入り込むことができる。さらに、エポキシ樹脂は、機械的強度（引っ張り強度、曲げ強度あるいはアイゾット衝撃強さなど）および接着性に優れた材料である。

積層部位１１の全体の体積に対する補助材料１６の体積の比は、仕様に基づいた積層部材１１の機械的強度や生産性などを考慮して、適宜設定される。具体例を挙げると、例えば、積層部位１１の全体の体積に対する補助材料１６の体積の比は、５割以上とする。

第２実施形態の積層造形部材を構成する積層部位１１は上記のように構成されている。以下に、積層部位１１の製造工程を図５を利用して説明する。

まず、三次元積層造形法により部材を立体的に製造（造形）する三次元積層造形機が、層１２を積層形成していくことによって、図５（ａ）に表されているような内部空間部１３を備えた筒状の積層部位１１を形成する。なお、三次元積層造形機には様々な種類が有る。ここでは、層１２の形成材料や積層部材１１の大きさなどを考慮し、適宜な三次元積層造形機が用いられる。三次元積層造形機による製造工程の説明は省略する。

層１２により積層部位１１が形成された後に、図５（ｂ）に表されているように、溶融状態の補助材料１６を積層部位１１の貫通孔１４の一つから内部空間部１３に注入する。この工程では、層１２から成る積層部位１１が熱変形することを防止するために、補助材料１６の加熱温度は、補助材料１６の融点以上、かつ、層１２の形成材料における熱変形温度よりも低い温度に制御される。具体的には、例えば、補助材料１６は、層１２の形成材料の熱変形温度よりも１０℃程度低い温度に制御される。より具体的には、例えば、層１２の形成材料がＡＢＳ樹脂であり、当該ＡＢＳ樹脂の熱変形温度が７５℃である場合には、補助材料１６は、融点以上、かつ、７５℃未満の温度範囲内の温度に制御される。

なお、例えば層１２の形成材料によっては、補助材料１６は、層１２の形成材料の熱変形温度以上、かつ、熱変形温度よりも１０℃高い温度を越えない温度範囲の温度に制御されてもよい。

補助材料１６を積層部材１１の内部空間部１３に注入する工程では、例えば、補助材料１６がエポキシ樹脂である場合には、冷凍保存していたエポキシ樹脂が常温で自然解凍され当該自然解凍されたエポキシ樹脂が用いられる。この自然解凍されたエポキシ樹脂がディスペンサによるエア圧力によって積層部位１１の貫通孔１４の一つから内部空間部１３内に注入される。このとき、別の貫通孔１４から内部空間部１３内の気体（空気）が排出される。この排出口として機能する貫通孔１４を利用することによって、内部空間部１３における補助材料１６の注入量を確認することができる。このため、内部空間部１３への補助材料１６の注入作業は効率化が図られる。

積層部位１１の内部空間部１３に図４（ｂ）のように補助材料１６が充填された後に、補助材料１６を冷却し固化することにより、内部空間部１３における層状壁面１５に補助材料１６が密着形成される。

このようにして、この第２実施形態における補助材料１６を備えた積層部位１１を製造（造形）することができる。

この第２実施形態では、前記の如く、層１２が積層形成されている積層部位１１の内部空間部１３において、補助材料１６が２以上の非積層面１２ａに亘って密着形成されている。これにより、補助材料１６は、層１２間の密着強度を高めることができ、積層部位１１の機械的強度を高めることができる。

また、この第２実施形態では、補助材料１６は、積層部位１１の内部空間部１３における層状壁面１５に密着形成される。この構成は、積層部位１１の外観に影響を与えることを防止できる。

＜第３実施形態＞
以下に、本発明に係る第３実施形態を説明する。なお、この第３実施形態の説明において、第２実施形態における積層部位の構成部分と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

図６は第３実施形態の積層造形部材を構成する積層部位１１を表す模式的な外観図である。図７（ａ）は、図６における上方側から積層部位１１を見た平面図である。図７（ｂ）は、図６における積層部位１１のＡ−Ａ断面図である。

この第３実施形態における積層部位１１は、筒状の周壁１１ｓの両端側のうちの一方が開口部１８となっている。換言すれば、この第３実施形態における積層部位１１は、第２実施形態における積層部位１１の上端壁１１ｕが省略された態様を備えている。

この第３実施形態における積層部位１１の上記以外の構成は、第２実施形態と同様である。つまり、この第３実施形態においても、積層部位１１における周壁１１ｓに囲まれている内部空間部１３には、補助材料１６が充填形成されている。つまり、内部空間部１３において、周壁１１ｓの内壁面は、複数の層１２の非積層面１２ａが積層方向αに配置されている層状壁面１５である。この層状壁面１５に補助材料１６が複数（ここでは、全て）の非積層面１２に亘る態様でもって密着形成されている。

このように、この第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、補助材料１６が複数の非積層面１２に亘る態様でもって層状壁面１５に密着形成されていることから、当該補助材料１６は、層１２間の密着強度を高めることができる。これにより、補助材料１６は、積層部位１１の機械的強度を高めることができる。また、補助材料１６は、積層部位１１の内部空間部１３に形成されていることから、積層部位１１の外観に悪影響を与えることを防止できる。

さらに、この第３実施形態では、前記の如く、積層部位１１における筒状の周壁１１ｓの一端側が開口部１８と成している。この開口部１８は、第２実施形態における注入孔としての貫通孔１４の機能と排気口としての貫通孔１４の機能とを持つものである。この開口部１８の開口面積は、第２実施形態における２つの貫通孔１４の開口面積よりも広いことから、第２実施形態の構成に比べて、第３実施形態の構成は、積層部位１１の内部空間部１３に補助材料１６を充填する作業の効率を上げることができる。

＜第４実施形態＞
以下に、本発明に係る第４実施形態を説明する。なお、この第４実施形態の説明において、第２又は第３の実施形態における積層部位の構成部分と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

図８は第４実施形態の積層造形部材を構成する積層部位１１を表す模式的な外観図である。図９（ａ）は、図８における上方側から積層部位１１を見た平面図である。図９（ｂ）は、図８における積層部位１１のＡ−Ａ断面図である。

この第４実施形態では、積層部位１１は、筒状の周壁１１ｓの両端側が端壁（上端壁１１ｕおよび底壁１１ｂ）によって閉塞されている態様を備えている。第４実施形態における上記以外の構成は第２又は第３の実施形態の構成と同様である。

この第４実施形態における積層部位１１は、次のように製造（造形）することができる。例えば、まず、三次元積層造形機が、層１２を積層形成していくことによって、図１０（ａ）や図１０（ｂ）に表されるような積層体２０を形成する。この積層体２０は、貫通孔１４あるいは開口部１８によって、内部空間部１３が外部と連通している態様を備えている。

その後、補助材料１６が貫通孔１４あるいは開口部１８を通して積層体２０の内部空間部１３に注入される。そして、補助材料１６が積層体２０の内部空間部１３に充填形成された後に、例えば、補助材料１６は冷却により固化される。然る後に、貫通孔１４あるいは開口部１８を層１２の形成材料によって埋めて塞ぐことにより、図１０（ｃ）に表すように内部空間部１３が密閉される。

この第４実施形態における積層部位１１は、第２あるいは第３実施形態と同様の構成を備えていることから、第２あるいは第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この第４実施形態における積層部位１１は、内部空間部１３に補助材料１６を注入する注入孔が層１２の形成材料（つまり、周壁１１ｓおよび底壁１１ｂ等の形成材料）と同じ材料でもって塞がれている態様を備えている。このため、第４実施形態における積層部位１１は、第２や第３の実施形態における積層部位１１よりも貫通孔１４や開口部１８が外部に露出していないことにより外観をより良くすることができる。

＜第５実施形態＞
以下に、本発明に係る第５実施形態を説明する。なお、この第５実施形態の説明において、第２〜第４の実施形態における積層部位の構成部分と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

この第５実施形態では、積層部位１１の内部には、複数の管状空間部２２が形成されており、これら管状空間部２２の伸長方向は、積層部位１１における層１２の積層方向αと同様な方向である。このため、各管状空間部２２の内部周壁面は、図４（ｃ）に表されている内部空間部１３の周壁面と同様に、層１２の非積層面１２ａが積層方向αに配置されている層状壁面１５と成している。

管状空間２２の管径および隣り合う管状空間部２２間の間隔（ピッチ）は、層１２の形成材料の剛性等の特性や、積層部位１１の生産性などを考慮し、また、積層部位１１（特に上端壁１１ｕ）の変形を防止することをも考慮して、適宜設計される。その具体例として、例えば、層１２の厚み（積層ピッチ）Ｄが０．２５ｍｍである場合には、管状空間部２２の管径はその積層ピッチと同様な０．２５ｍｍに設計され、また、隣り合う管状空間部２２間の間隔は管径と同様な０．２５ｍｍに設計される。このように、層１２の積層ピッチと、管状空間部２２の管径と、管状空間部２２間の間隔とを同様な大きさ（寸法）とすることによって、積層部位１１の変形を抑制することの効果を高めることができる。

管状空間部２２の形成数に関しても、積層部位１１の機械的強度を考慮して、適宜設定される。なお、管状空間部２２の断面形状は円形に限定されない。

このような管状空間部２２の内部には、補助材料１６が充填されている。つまり、管状空間部２２の周壁面（層状壁面１５）には、補助材料１６が２以上の非積層面１２ａに亘る態様でもって密着形成されている。

この第５実施形態における管状空間部２２は、第２〜第４の実施形態における内部空間部１３よりも細い態様であることから、管状空間部２２の管径によっては、管状空間部２２に補助材料１６を注入する際に毛細管現象を利用する場合がある。このような場合に、管状空間部２２への補助材料１６の注入スピード向上を考慮する場合には、例えば、溶融状態において粘性の小さい材料が補助材料１６として選定される。

この第５実施形態における積層部位１１の上記以外の構成は、第２〜第４の実施形態と同様である。この第５実施形態における積層部位１１も、第２〜第４の実施形態の積層部位１１の製造工程と同様な製造工程でもって製造（造形）することができる。ただ、管状空間部２２に補助材料１６を注入する場合に毛細管現象を利用する場合には、溶融状態の補助材料１６の粘性を小さくするために、第２〜第４の実施形態の場合に比べて、補助材料１６の加熱温度をやや高めにすることが好ましい。

この第５実施形態においても、第２〜第４の実施形態と同様に、層状壁面１５において、補助材料１６が２以上の層１２の非積層面１２ａに亘る態様でもって密着形成されている。このため、第５実施形態の構成は、層１２間の密着強度を高めることができ、積層部位１１の機械的強度を強くすることができる。

なお、管状空間部２２は、直線状に伸長している態様を備えているが、管状空間部２２は、直線状に限定されず、例えば蛇行状に積層方向αに伸長形成されている態様であってもよい。また、図１１および図１２に表されている例では、積層部位１１は、上端壁１１ｕを備えているために、管状空間部２２が外部から見えない構成である。これに代えて、積層部位１１の外観品質（見栄え）を重視しない場合には、例えば、積層部位１１は、上端壁１１ｕが省略された態様を備えていてもよい。この場合には、製造工程において、管状空間部２２に補助材料１６を充填した後における、上端壁１１ｕを形成する工程を省略できるため、製造工程の簡略化を図ることができる。

＜第６実施形態＞
以下に、本発明に係る第６実施形態を説明する。なお、この第６実施形態の説明において、第２〜第５の実施形態における積層部位の構成部分と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

図１３（ａ）は、第６実施形態における積層造形部材を構成する積層部位１１の模式的な断面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）におけるγ部分の模式的な拡大図である。この第６実施形態では、積層部位１１は、基体部２４と、当該基体部２４に立設されている複数の立ち上がり部２５とを有している。なお、基体部２４と立ち上がり部２５は、図１３（ａ）に表されているような断面を有していれば、その立体形状は特に限定されない。

この積層部位１１は、三次元積層造形機により、第２実施形態等において説明したような層１２を積層方向αに積層形成していくことによって製造（造形）されるものである。

図１３（ａ）に表されるような構造において、立ち上がり部２５の根元部分には応力が集中する。この第６実施形態では、その応力が集中する立ち上がり部２５の根元部分を補強する構成として、第２〜第５の実施形態で説明した構成を採用する。すなわち、この第６実施形態では、リブとしての機能を持つ立ち上がり部２５ａの内部には、当該立ち上がり部２５ａの先端から基体部２４の内部に入り込む態様の内部空間部１３が形成されている。この内部空間１３には、補助材料１６が充填形成されている。

この第６実施形態では、立ち上がり部２５ａは、層１２が積層方向αに積層形成されている態様を備えている。つまり、立ち上がり部２５ａにおける内部空間部１３の側壁面は層状壁面１５と成している。内部空間部１３に充填された補助材料１６は、層状壁面１５に、複数の非積層面１２ａに亘る態様でもって密着形成されている。これにより、立ち上がり部２５ａは、第２〜第４の実施形態における積層部位１１と同様に、機械的強度を高めることができる。特に、この第６実施形態では、立ち上がり部２５ａの根元部分から基体部２４に入り込む部分（つまり、応力集中により破損しやすい部分）が補助材料１６によって補強されている。このため、この第６実施形態の積層造形部材を備えた製品は、機械的強度に対する信頼性を高めることができる。

また、この第６実施形態では、立ち上がり部２５ａの内部に補助材料１６を形成するので、第６実施形態の構成は、立ち上がり部２５ａを肉厚にすることなく、当該立ち上がり部２５ａの機械的強度を高めることができる。

なお、図１３（ａ），（ｂ）に表されている立ち上がり部２５ａにおいては、内部空間部１３の上端側は開口している。これに代えて、第２実施形態における積層部位１１と同様に、立ち上がり部２５ａは、その内部空間部１３の上端側を塞ぐ上端壁１１ｕが形成され、上端壁１１ｕに、外部から内部空間部１３に貫通する貫通孔１４が形成されている構成を備えていてもよい。あるいは、立ち上がり部２５ａは、第４実施形態における積層部位１１と同様に、内部空間部１３の上端側を塞ぐ上端壁１１ｕが形成されている構成を備えていてもよい。また、立ち上がり部２５ａの内部には、第５実施形態における積層部位１１と同様に、複数の管状空間部２２が形成されている構成を備えていてもよい。それら管状空間部２２は、少なくとも立ち上がり部２５ａの根元部分から基体部２４に入り込む態様を持つ。

＜第７実施形態＞
以下に、本発明に係る第７実施形態を説明する。なお、この第７実施形態の説明において、第２〜第６の実施形態における積層部位の構成部分と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

図１４は、第７実施形態において特徴的な構成部分を抜き出して模式的に表す断面図である。この第７実施形態における積層部位１１は、第６実施形態の構成に加えて、さらに、立ち上がり部２５ａの根元部分を強化する構成を備えている。すなわち、この第７実施形態では、立ち上がり部２５ａの根元部分から基体部２４に伸長している内部空間部１３の伸長先端側が基体部２４の内部に広がる方向に張り出している態様を備えている。その内部空間部１３における張り出し部分の図１４に表される幅Ｗｂは、例えば、立ち上がり部２５ａの幅（肉厚）Ｗａよりも広くなっている。

また、次のような条件を満たすように、内部空間部１３が形成されてもよい。ここで、立ち上がり部２５ａを図１４に表される上方側からδ方向に投影した場合における投影面積をＳａとする。また、基体部２４における内部空間部１３を図１４に表される上方側からδ方向に投影した場合における投影面積をＳｂとする。さらに、この第７実施形態における積層部位１１と同様な外観形状の部材を射出成形法によって形成した場合における立ち上がり部２５ａの根元部分の機械的強度をＸとする（ただし、Ｘは正の整数）。このような場合に、投影面積Ｓｂが、投影面積ＳａのＸ倍以上となるように、内部空間部１３の張り出し部分の寸法などが設計される。

上記のような内部空間部１３に補助材料１６が充填形成される。

この第７実施形態における積層部位１１の上記以外の構成は、第６実施形態と同様である。この第７実施形態における内部空間部１３の張り出し部分は、立ち上がり部２５ａの根元部分に加わる応力の分散化を図ることができる。換言すれば、この第７実施形態の構成は、立ち上がり部２５ａおよび当該立ち上がり部２５ａの根元に連接する基体部２４の部位を補強することができる。これにより、積層部位１１は、機械的強度に対する信頼性を高めることができる。

なお、図１４に表されるような内部空間部１３に代えて、第５実施形態で述べたような管状空間部２２を立ち上がり部２５ａの内部に形成してもよい。この場合にも、例えば、基体部２４の内部において、図１５に表されるような張り出し部２７が形成される。

＜第８実施形態＞
以下に、本発明に係る第８実施形態を説明する。なお、この第８実施形態の説明において、第２〜第７の実施形態における積層部位の構成部分と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

図１６は、第８実施形態の積層造形部材を構成する積層部位１１において特徴的な構成部分を抜き出して模式的に表す断面図である。この第８実施形態では、積層部位１１は、位置決め用ボスとして機能する立ち上がり部２５ａを備えている。この立ち上がり部２５ａも、第６や第７の実施形態と同様に、第２実施形態で述べたような層１２が積層方向αに積層形成されることによって、製造される。

図１７（ａ）〜（ｃ）には、それぞれ、立ち上がり部２５ａの外観の一例が模式的に表されている。図１７（ａ）における立ち上がり部２５ａの外観形状は円筒状である。図１７（ｂ）における立ち上がり部２５ａの外観形状は、円筒状の側壁３１に、先端側から、根元側に向かう途中位置まで伸びるスリット３６が形成されている形状である。図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）と同様な形状であるが、スリット３６が先端側から根元側まで伸びている形状である。

この第８実施形態では、立ち上がり部２５ａは、図１６に表される上端部が開口している凹部３０を有している。凹部３０の周壁３１の厚み（肉厚）ｄ１は、層１２の形成材料や仕様等の様々な条件に基づいて設計されるものであるが、例えば、立ち上がり部２５ａの外形寸法Ｗｃの３割程度の寸法とする。

このような周壁３１の内部に内部空間部１３が形成されている。この内部空間部１３は、立ち上がり部２５ａの上端部から根元を通り基体部２４の内部に伸長形成されている。さらに、この第８実施形態では、立ち上がり部２５ａの凹部３０の底面よりも基体部２４側に複数の管状空間部２２が立ち上がり部２５ａの根元から基体部２４の内部に伸長形成されている。

これら内部空間部１３および管状空間部２２には補助部材１６が充填形成されている。すなわち、内部空間部１３および管状空間部２２の周壁面は、複数の層１２の非積層面１２ａが積層方向αに配置されている層状壁面１５である。補助部材１６は、層状壁面１５に、２以上の非積層面１２ａに亘る態様でもって密着形成されている。なお、内部空間部１３の周壁の厚み（肉厚）ｄ２は、例えば、層１２の厚み（積層ピッチ）Ｄの２倍程度の寸法とすることが好ましい。

この第８実施形態では、積層部位１１における立ち上がり部２５ａ以外の構成は、第６実施形態と同様である。

この第８実施形態においても、前記各実施形態と同様に、積層部位１１における立ち上がり部２５ａの機械的強度を高めることができる。特に、立ち上がり部２５ａは、根元部分において、内部空間部１３だけでなく、管状空間部２２をも形成し、それら内部空間部１３および管状空間部２２に補助部材１６を充填している構成が備えられている。このため、立ち上がり部２５ａの根元部分の機械的強度を効果的に高めることができる。

なお、図１６の例では、内部空間部１３の先端側は開口しているが、当該内部空間部１３の先端側は、閉塞されている態様であってもよい。また、内部空間部１３における基体部２４側の端部には、第７実施形態と同様に、張り出し部が形成されていてもよい。さらに、管状空間部２２における基体部２４側の端部側は連結部により連結されていてもよい。

さらにまた、立ち上がり部２５ａの外観形状の例として、図１７（ａ）〜（ｃ）の形状を挙げているが、図１６に表されるような断面を持っていれば、立ち上がり部２５ａの外観形状は、図１７（ａ）〜（ｃ）の形状以外の形状であってもよい。

＜第９実施形態＞
以下に、本発明に係る第９実施形態を説明する。なお、この第９実施形態の説明において、第２〜第８の実施形態における積層部位の構成部分と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

図１８（ａ）は、第８実施形態の積層造形部材における積層部位において特徴的な構成部分を抜き出して模式的に表す断面図である。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）におけるσ部分の模式的な拡大図である。この第９実施形態では、積層部位１１は、ねじ締め用ボスとして機能する立ち上がり部２５ａを備えている。図１９は、図１８（ａ）に表されているねじ締め用ボスである立ち上がり部２５ａに、ねじ３３が螺合している状態を模式的に表す断面図である。また、この第９実施形態における立ち上がり部２５ａの外観形状は、第８実施形態において説明した例えば図１７（ａ）〜（ｃ）の形状である。

この第９実施形態では、第８実施形態の構成に加えて、立ち上がり部２５ａの凹部３０の内壁面には、ねじが切ってある（螺旋状の溝３４が形成されている）。この溝３４は、補助材料１６が形成されている領域まで入り込む深さを備えている。つまり、溝３４が形成される部分の層１２の厚みＷｐ（図１８（ｂ）参照）は、図１８（ｃ）に表されるねじ３３のねじ山３３ｑの高さＨｑの寸法よりも小さくなっている。層１２の厚みＷｐとねじ山３３ｑの高さＨｑとが、このような寸法関係を持つことにより、ねじ３３をねじ締め用ボスである立ち上がり部２５ａに螺合した際のトルクによる立ち上がり部２５ａの破損や割れや変形を防止することができる。つまり、ねじ締めに対する立ち上がり部２５ａの強度を高めることができ、立ち上がり部２５ａに対する信頼性を高めることができる。

なお、ねじ３３は、立ち上がり部２５ａを構成している材料（ここでは樹脂）を考慮して、樹脂用ねじ（Ｐタイトねじ）を利用することが好ましい。また、図１９の例では、立ち上がり部２５ａの先端部とねじ３３との間に介在しているものは無いが、立ち上がり部２５ａの先端部とねじ３３との間に他の部材（例えば、積層部材１１に取り付ける部材）が介在されていてもよい。また、ねじ締め作業でのトルクによって立ち上がり部２５ａの先端部が破損することを防止するために、例えば、立ち上がり部２５ａの先端部とねじ３３との間にワッシャーをかましてもよい。

前述したような構成を持つ立ち上がり部２５ａの溝３４は、例えば、製造工程において、立ち上がり部２５ａの内部空間部１３に補助材料１６を充填し、当該補助材料１６を固化した後に、ねじ切り加工により形成される。

この第９実施形態においても、前記各実施形態と同様に、補助材料１６が層１２間の密着強度を高める構成を備えているので、前記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、この第９実施形態では、立ち上がり部２５ａの凹部３０の内壁面に直接に、ねじ３３が螺合する溝３４が形成されている。これに代えて、例えば、ねじ締め用ボスとしての立ち上がり部２５ａは、図１６に表されるような断面を持つ立ち上がり部２５ａの凹部３０に、ねじ３３に螺合するインサートナット（図示せず）が配置される構成としてもよい。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明は第１〜第９の実施形態に限定されず、様々な実施形態を採り得る。例えば、第２〜第９の実施形態における図４や図１５等に表されている内部空間部１３や管状空間部２２における層状壁面１５は、滑らかな平面状の壁面であるが、補助部材１６が密着する層状壁面１５は、凹凸がある壁面であってもよい。この場合にも、前記各実施形態と同様に、補助部材１６は、層状壁面１５に、２以上の非積層面１２ａに亘る態様でもって密着形成される。

さらに、第２〜第９の実施形態では、補助部材１６は、内部空間部１３や管状空間部２２に充填形成されている。これに代えて、例えば、補助部材１６は、内部空間部１３の管状空間部２２の中央部（また、中心軸を含む部分領域）には形成されておらず、内部空間部１３や管状空間部２２の内壁面（層状壁面１５）の全面に密着形成されている構成であってもよい。

１ 積層造形部材
２，１１ 積層部位
３，１２ 層
４，１２ａ 非積層面
５，１５ 層状壁面
７，１６ 補助材料

Claims (7)

1. 複数の層が積層形成されている積層部位を備え、
   前記積層部位を構成する前記各層は、他の前記層に密着していない非積層面を有し、
   また、前記積層部位は、基体部と、当該基体部の平面状の表面から前記層の積層方向に立ち上がっている立ち上がり部とを有し、前記立ち上がり部の内部には、当該立ち上がり部の根元を通り前記基体部の内部に伸長形成されている態様の空間部が形成されており、
   前記空間部の内壁面は、前記層の積層方向に複数の前記非積層面が配置されている態様の層状壁面と成し、当該内壁面の少なくとも一部には、前記層を形成する材料とは異なる補助材料が２以上の前記非積層面に亘る形態でもって密着形成されている積層造形部材。
2. 前記立ち上がり部の内部に形成される前記空間部は、複数の管状空間部であり、
   前記補助材料は、少なくとも一つの管状空間部における前記層状壁面である内壁面の少なくとも一部に、２以上の前記層の前記非積層面に亘る形態でもって密着形成されている請求項１記載の積層造形部材。
3. 前記補助材料は、前記立ち上がり部の前記空間部に充填形成され、前記空間部における前記層状壁面である内壁面の全面に亘って密着形成されている請求項１又は請求項２記載の積層造形部材。
4. 前記立ち上がり部には先端側が開口した凹部が形成され、当該凹部を囲む周壁の内部に前記空間部が形成され、前記補助材料は、その空間部における前記層状壁面である内壁面の少なくとも一部に、２以上の前記層の前記非積層面に亘る形態でもって密着形成されている請求項１記載の積層造形部材。
5. 前記積層部位の内部には、さらに、前記立ち上がり部の前記凹部の底面から前記基体部に掛けての領域に空間部が形成され、
   前記補助材料は、その空間部における前記層状壁面である内壁面の少なくとも一部に、２以上の前記層の前記非積層面に亘る形態でもって密着形成されている請求項４記載の積層造形部材。
6. 前記補助材料は、前記層を形成する材料の熱変形温度よりも低い融点を持つ材料である請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の積層造形部材。
7. 複数の層が積層形成され、かつ、それら各層は他の前記層に密着していない非積層面を有する構成を持つ積層部位を、三次元積層造形機を利用することによって形成する工程を含み、
   前記積層部位は、基体部と、当該基体部の平面状の表面から前記層の積層方向に立ち上がっている立ち上がり部とを有し、前記立ち上がり部の内部には、当該立ち上がり部の根元を通り前記基体部の内部に伸長形成されている態様の空間部が形成され、前記空間部の内壁面は、前記層の積層方向に複数の前記非積層面が配置されている態様の層状壁面と成している構成を備えており、
   前記空間部の内壁面の少なくとも一部に、前記層を形成する材料とは異なる補助材料を２以上の前記非積層面に亘る形態でもって密着形成する工程をさらに含む積層造形部材の製造方法。

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