JP6532396B2 - 銅合金粉末、積層造形物の製造方法および積層造形物 - Google Patents

Description

本発明は、銅合金粉末、積層造形物の製造方法および積層造形物に関する。

特開２０１１−０２１２１８号公報（特許文献１）には、金属粉末を対象とするレーザ積層造形装置（いわゆる「３Ｄプリンタ」）が開示されている。

特開２０１１−０２１２１８号公報

金属製品の加工技術として、金属粉末を対象とする積層造形法が注目されている。この方法の利点は、切削加工で不可能であった複雑形状の創製が可能となることである。これまで、鉄系合金粉末、アルミニウム合金粉末、チタン合金粉末などを用いた積層造形物の製作例が報告されている。しかし現状では使用可能な金属種が限られ、適用可能な金属製品にも一定の制限がある。

本発明の目的は、銅合金から構成され、機械強度および導電率を両立できる積層造形用の銅合金粉末、積層造形物の製造方法および積層造形物を提供することである。

〔１〕銅合金粉末は、積層造形用の銅合金粉末である。当該銅合金粉末は、アルミニウムを０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部が銅および不可避不純物からなる。

〔２〕積層造形物の製造方法は、上記〔１〕の銅合金粉末を含む粉末層を形成する第１工程と、該粉末層において、所定位置の該銅合金粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程と、を含む。この製造方法では、第１工程と第２工程とを順次繰り返し、造形層を積層することにより、積層造形物を製造する。

〔３〕上記〔２〕の積層造形物の製造方法は、積層造形物を熱処理する熱処理工程をさらに含んでいてもよい。

〔４〕積層造形物は、銅合金から構成される積層造形物である。銅合金は、アルミニウムを０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部が銅および不可避不純物からなる。積層造形物は、銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である。

〔５〕上記〔４〕の積層造形物において、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であってもよい。

上記によれば、銅合金から構成され、機械強度および導電率を両立できる積層造形物が提供される。

本発明の実施形態に係る積層造形物の製造方法の概略を示すフローチャートである。 ＳＴＬデータの一例を示す概略図である。 スライスデータの一例を示す概略図である。 積層造形物の製造過程を図解する第１概略図である。 積層造形物の製造過程を図解する第２概略図である。 積層造形物の製造過程を図解する第３概略図である。 積層造形物の製造過程を図解する第４概略図である。 引張試験に用いる試験片を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

最初に、本発明者が本実施形態に至った経緯を説明する。
機械強度および導電率を必要とする機械部品には、銅が多用されている。そうした機械部品として、たとえば溶接トーチ、配電設備の部品などが挙げられる。本発明者は、純銅の地金をアトマイズ加工することにより、銅粉末を得、これを用いて積層造形物の製作を試みた。ところがこの方法では、所望の積層造形物は得られなかった。具体的には、造形物は多数の空隙を有しており、元材に対して密度が大幅に低下していた。さらに導電率も元材に対して大幅に低下していた。密度が低下すれば当然、機械強度も低下すると考えられる。本発明者は、各種条件を変更して物性の改善を試みた。しかし純銅を用いる限り、条件を固定しても、仕上がり物性が安定せず、機械強度および導電率を両立することはできなかった。

そこで、本発明者は銅合金について検討した。その結果、特定の合金組成を有する銅合金粉末を用いることにより、積層造形物において、機械強度および導電率を両立できることが見出された。

ここで「機械強度および導電率を両立できる」とは、積層造形物が次の（ａ）〜（ｃ）の条件をすべて満たすことをいう。

（ａ）引張強さが概ね１３０ＭＰａ以上である。これにより、純銅としての無酸素銅（ＪＩＳ合金番号：Ｃ１０２０）の地金の引張強さの値に概ね近づくので、様々な用途に使用可能となると見込まれる。好ましくは、引張強さが概ね１９５ＭＰａ以上である。これにより、無酸素銅の地金の引張強さと同等以上となる。

引張強さは次の手順で測定する。測定には「ＪＩＳ Ｂ ７７２１：引張試験機・圧縮試験機−力計測系の校正方法および検証方法」に基づく等級１級以上の引張試験装置を使用する。まず、試験対象となる積層造形物としてダンベル状試験片２０を製造する。ダンベル状試験片２０は、図８に示すように、円柱状の平行部２１と、この平行部２１の両端で拡開するテーパ状の肩部２３と、この肩部２３に延設され、引張試験装置のつかみ装置または治具につかまれる部位となる円柱状のつかみ部２２とからなるダンベル様の形状を有している。

次に、このようなダンベル状試験片２０を、上記引張試験装置を用いて２ｍｍ／ｍｉｎの速度で破断するまで引っ張る。このとき、つかみ装置または治具には、ダンベル状試験片２０の形状に適したものを用いる。またダンベル状試験片２０の軸方向に力が加わるように調整する。破断するまでに現れる最大引張応力を測定する。最大引張応力を平行部２１の断面積で除することにより、引張強さを算出する。平行部２１の断面積は、９．６１６ｍｍ²（＝π×３．５ｍｍ×３．５ｍｍ÷４）である。なお、図８に示すダンベル状試験片２０の各部の寸法は、次のとおりである。

ダンベル状試験片２０の全長Ｌ０： ３６ｍｍ
平行部２１の長さＬ１： １８±０．５ｍｍ
平行部２１の直径Ｄ１： ３．５±０．０５ｍｍ
肩部２３の半径Ｒ： １０ｍｍ
つかみ部２２の長さＬ２： ４．０ｍｍ
つかみ部２２の直径Ｄ２： ６．０ｍｍ。

（ｂ）理論密度に対する相対密度が９６％以上である。ここで合金の理論密度は、該合金と同じ組成を有する溶製材の密度で示される。理論密度に対する相対密度は、積層造形物の実測密度を、合金の理論密度で除した値の百分率で示される。したがって、相対密度の上限は１００％となる。

（ｃ）焼鈍標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ
Ｓｔａｎｄａｒｄ：ＩＡＣＳ）の導電率を１００％ＩＡＣＳとして定義される導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である。また、導電率は、好ましくは５０％ＩＡＣＳ以上でもよい。

〔金属粉末〕
本実施形態の金属粉末は、積層造形用の金属粉末である。金属粉末は、通常の２次元プリンタにおけるトナー、インクに相当する。金属粉末は、アルミニウム（Ａｌ）を０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部が銅（Ｃｕ）および不可避不純物からなる。金属粉末におけるＣｕ含有量は、たとえば９８．７質量％以上でもよいし、９９．８質量％以下でもよい。

金属粉末におけるＣｕ含有量は、「ＪＩＳ Ｈ １０５１：銅および銅合金中の銅定量方法」に準拠した方法により測定できる。Ａｌ含有量は、「ＪＩＳ Ｈ １０５７：銅および銅合金中のアルミニウム定量方法」に準拠したＩＣＰ発光分析法により測定できる。金属粉末において、Ａｌの含有量の上限は、１．３質量％でもよい。同含有量の下限は、０．２３質量％でもよい。

金属粉末は、Ａｌの他に、不純物元素を含有することがある。不純物元素は、製造時に不可避的に混入する元素（不可避不純物）である。よって、本実施形態の金属粉末は、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる。不純物元素としては、たとえば酸素（Ｏ）、リン（Ｐ）などが挙げられる。不純物元素の含有量は、たとえば０．１質量％未満でもよいし、０．０５質量％未満でもよい。

本実施形態の金属粉末には、たとえば以下に示すアルミニウム含有銅合金粉末が包含される。

（アルミニウム含有銅合金粉末）
アルミニウム含有銅合金粉末は、Ａｌを０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる。かかる化学組成を有する銅合金粉末によれば、積層造形物において、特に機械強度および導電率の両立を図ることができる。Ａｌ含有量が０．２質量％未満となると、純銅（無酸素銅）の粉末の性質に近づく。すなわち、これを用いて積層造形物の製作を試みると、造形物が多数の空隙を有し、無酸素銅の地金に比べて密度が大幅に低下し、かつ導電率も無酸素銅の地金に比べて大幅に低下するものとなる。Ａｌ含有量が１．３質量％を超えると、導電率３０％ＩＡＣＳ以上を確保することができなくなる恐れがある。

アルミニウム含有銅合金粉末において、Ａｌ含有量は、たとえば０．２３質量％以上１．３質量％以下でもよい。これらの範囲において、機械強度と導電率とのバランスが良くなることもある。

（粒度分布）
金属粉末の粒度分布は、粉末製造条件、分級、篩分けなどにより、適宜調整される。金属粉末の平均粒径は、積層造形物を製造する際の積層ピッチに合わせて調整してもよい。金属粉末の平均粒径は、たとえば１００〜２００μｍ程度でもよいし、５０〜１００μｍ程度でもよいし、５〜５０μｍ程度でもよい。ここで、本明細書における平均粒径は、レーザ回折・散乱法によって測定された粒度分布において、積算値５０％での粒径（いわゆる「ｄ５０」）を示すものとする。金属粉末において、粒子形状は特に限定されない。粒子形状は、たとえば略球状でもよいし、不規則形状でもよい。

（金属粉末の製造方法）
本実施形態の金属粉末は、たとえばガスアトマイズ法または水アトマイズ法によって製造される。すなわちタンデッシュの底部から、溶融状態の合金成分を落下させながら、高圧ガスまたは高圧水と接触させ、合金成分を急冷凝固させることにより、合金成分を粉末化する。この他、たとえばプラズマアトマイズ法、遠心力アトマイズ法などによって、金属粉末を製造してもよい。これらの製造方法で得られた金属粉末を用いることにより、緻密な積層造形物が得られる傾向にある。

〔積層造形物の製造方法〕
次に、上記の金属粉末を用いた積層造形物の製造方法について説明する。ここでは、金属粉末を固化させる手段として、粉末床溶融結合法のうちレーザを用いる態様を説明する。しかし当該手段は、金属粉末の固化が可能である限り、レーザに限定されない。当該手段は、たとえば電子ビーム、プラズマなどでもよい。本実施形態では、粉末床溶融結合法以外の付加製造法（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＡＭ）を利用してもよい。たとえば本実施形態では、指向性エネルギ堆積法を利用することもできる。さらに本実施形態では、造形中に切削加工を実施してもよい。

図１は、本実施形態の積層造形物の製造方法の概略を示すフローチャートである。当該製造方法は、データ処理工程（Ｓ１０）と、造形工程（Ｓ２０）とを備える。当該製造方法は、造形工程（Ｓ２０）の後に、熱処理工程（Ｓ３０）を備えていてもよい。造形工程（Ｓ２０）は、第１工程（Ｓ２１）と第２工程（Ｓ２２）とを含む。当該製造方法では、第１工程（Ｓ２１）と第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返すことにより、積層造形物を製造する。以下、図１〜図７を参照しつつ、当該製造方法を説明する。

１．データ処理工程（Ｓ１０）
先ず、３Ｄ−ＣＡＤなどにより３次元形状データが作成される。３次元形状データは、ＳＴＬデータに変換される。図２は、ＳＴＬデータの一例を示す概略図である。ＳＴＬデータ１０ｄでは、たとえば有限要素法による要素分割（メッシュ化）が行われる。

ＳＴＬデータから、スライスデータが作成される。図３は、スライスデータの一例を示す概略図である。ＳＴＬデータは、第１造形層ｐ１〜第ｎ造形層ｐｎのｎ層に分割される。スライス厚さｄは、たとえば１０〜１５０μｍ程度である。スライス厚さｄは、たとえば１０〜５０μｍ程度でもよい。

２．造形工程（Ｓ２０）
次いで、スライスデータに基づき、積層造形物が造形される。図４は、積層造形物の製造過程を図解する第１概略図である。図４に示されるレーザ積層造形装置１００は、ピストン１０１と、ピストン１０１に支持されたテーブル１０２と、金属粉末を固化させるレーザ光の出力部となるレーザ出力部１０３とを備える。以降の工程は、造形物の酸化を抑制するため、たとえば不活性ガス雰囲気で行われる。不活性ガスは、たとえばアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ₂）、ヘリウム（Ｈｅ）などでよい。あるいは不活性ガスに代えて、たとえば水素（Ｈ₂）などの還元性ガスを用いてもよい。さらに真空ポンプなどを用いて、減圧雰囲気としてもよい。

ピストン１０１は、テーブル１０２を昇降できるように構成されている。テーブル１０２上に、積層造形物が造形される。

２−１．第１工程（Ｓ２１）
第１工程（Ｓ２１）では、金属粉末を含む粉末層が形成される。スライスデータに基づき、ピストン１０１は、テーブル１０２を１層分だけ降下させる。テーブル１０２上に、１層分の金属粉末が敷き詰められる。これにより、金属粉末を含む第１粉末層１が形成される。第１粉末層１の表面は、図示しないスキージングブレードなどにより、平滑化される。粉末層は、金属粉末の他、レーザ吸収剤（たとえば樹脂粉末）などを含んでいてもよい。また、粉末層は実質的に金属粉末のみから形成されることもある。

２−２．第２工程（Ｓ２２）
図５は、積層造形物の製造過程を図解する第２概略図である。第２工程（Ｓ２２）では、積層造形物の一部となるべき造形層が形成される。

レーザ出力部１０３は、スライスデータに基づき、第１粉末層１の所定位置にレーザ光を照射する。レーザ光の照射に先立ち、予め粉末層を加熱しておいてもよい。レーザ光の照射を受けた金属粉末は、溶融および焼結を経て、固化する。このように、第１粉末層１において所定位置の金属粉末を固化させることにより、第１造形層ｐ１が形成される。

本実施形態のレーザ出力部には、汎用のレーザ装置を採用できる。レーザ光の光源には、たとえばファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、半導体レーザなどが用いられる。レーザ光の出力は、たとえば１００〜１０００Ｗ程度でもよいし、２００〜５００Ｗ程度でもよいし、３５０〜４５０Ｗ程度でもよい。レーザ光の走査速度は、たとえば１００〜１０００ｍｍ／ｓの範囲内で調整してもよいし、２００〜６００ｍｍ／ｓの範囲内で調整してもよい。またレーザ光のエネルギ密度は、たとえば１００〜１０００Ｊ／ｍｍ³の範囲内で調整してもよい。

ここでレーザ光のエネルギ密度は、下記式（Ｉ）：
Ｅ＝Ｐ÷（ｖ×ｓ×ｄ）・・・（Ｉ）
によって算出される値で示される。式（Ｉ）中、Ｅはレーザ光のエネルギ密度［単位：Ｊ／ｍｍ³］を、Ｐはレーザの出力［単位：Ｗ］を、ｖは走査速度［単位：ｍｍ／ｓ］を、ｓは走査幅［単位：ｍｍ］を、ｄはスライス厚さ［単位：ｍｍ］をそれぞれ示している。

図６は、積層造形物の製造過程を図解する第３概略図である。図６に示されるように、第１造形層ｐ１が形成された後、ピストン１０１は、テーブル１０２をさらに１層分だけ降下させる。その後、上記と同様に、第２粉末層２が形成され、スライスデータに基づき第２造形層ｐ２が形成される。以後、第１工程（Ｓ２１）と第２工程（Ｓ２２）とを繰り返す。図７は、積層造形物の製造過程を図解する第４概略図である。図７に示されるように、最後に、第ｎ造形層ｐｎが形成され、積層造形物１０が完成する。

３．第３工程（Ｓ３０）
その後、積層造形物を熱処理することが望ましい。すなわち積層造形物は、造形後に熱処理が施されることが望ましい。熱処理により、積層造形物の機械的性質および導電率の向上が期待できる。熱処理時の雰囲気は、たとえば窒素、大気、アルゴン、水素、真空などの雰囲気でもよい。熱処理温度は、たとえば３００℃以上４００℃以下でよい。熱処理時間は、たとえば２時間以上４時間以下でよい。

〔積層造形物〕
次に、上記の製造方法によって得られた積層造形物について説明する。積層造形物は、切削加工では実現できない複雑形状を有し得る。さらに本実施形態の積層造形物は、機械強度および導電率を両立できる。本実施形態の積層造形物は、一例としてプラズマトーチに適用できる。

原料に、本実施形態の金属粉末を用いた場合、積層造形物は次の構成を備え得る。
すなわち本実施形態の積層造形物は、特定の銅合金から構成される積層造形物である。当該銅合金は、Ａｌを０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる。金属粉末と同様に残部は、不可避不純物を含んでいてもよい。この積層造形物では、理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、なおかつ導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である。

銅合金において、Ａｌの含有量の上限は、１．３質量％でもよい。同含有量の下限は、０．２３質量％でもよい。

積層造形物の密度は、たとえばアルキメデス法により測定することができる。アルキメデス法による密度測定は、「ＪＩＳ Ｚ ２５０１：焼結金属材料−密度、含油率および開放気孔率試験方法」に準拠して行うことができる。液体には水を用いればよい。

理論密度に対する相対密度が９６％以上であれば、実用に耐え得る機械強度を期待できる。相対密度は高いほど望ましい。積層造形物の相対密度は、９６．５％以上でもよく、９７．０％以上でもよく、９７．５％以上でもよく、９８．０％以上でもよく、９８．５％以上でもよく、９９．０％以上でもよい。

導電率は、市販の渦流式導電率計によって測定できる。導電率も高いほど望ましい。積層造形物の導電率は、３０％ＩＡＣＳ以上でもよく、４０％ＩＡＣＳ以上でもよく、５０％ＩＡＣＳ以上でもよい。

（アルミニウム含有銅合金から構成される積層造形物）
原料に、本実施形態のアルミニウム含有銅合金粉末を使用した場合、積層造形物は次の構成を備え得る。

すなわち積層造形物は、特定のアルミニウム含有銅合金から構成される積層造形物である。当該アルミニウム含有銅合金は、Ａｌを０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる。金属粉末と同様に残部は、不可避不純物を含んでいてもよい。この積層造形物では、アルミニウム含有銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、なおかつ導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である。この積層造形物において、たとえばＡｌ含有量が０．２３質量％以上１．３質量％以下の場合、９６．０％以上の相対密度に基づいた機械強度と、３０％ＩＡＣＳ以上（好ましくは５０％ＩＡＣＳ以上）の導電率との両立を期待できる。

以下、実施例を用いて本実施形態を説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。

１．金属粉末の準備
表１に示す化学成分を有する金属粉末Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、ＸおよびＹを準備した。

これらの金属粉末は、所定のアトマイズ法によって製造した。金属粉末Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４は実施例に相当する。金属粉末Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４におけるＣｕ含有量は、「ＪＩＳ Ｈ １０５１：銅および銅合金中の銅定量方法」に準拠した銅電解重量法（硝酸・硫酸法）により測定した。金属粉末Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４におけるＡｌ含有量は、「ＪＩＳ Ｈ １０５７：銅および銅合金中のアルミニウム定量方法」に準拠したＩＣＰ発光分析法により測定した。金属粉末Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４における不可避不純物の含有量は、酸素量を「ＪＩＳ Ｚ ２６１３：不活性ガス融解赤外線吸収法」により、リン量を「ＪＩＳ Ｈ １０５８：吸光光度法」によりそれぞれ測定した。

金属粉末Ｘは、市販純銅（いわゆる「無酸素銅」）の地金（ＪＩＳ合金番号：Ｃ１０２０）を原料とした。金属粉末Ｙは、市販銅合金（製品名「ＡＭＰＣＯ９４０」）の地金を原料とした。金属粉末ＸおよびＹは比較例に相当する。

２．レーザ積層造形装置
以下の仕様のレーザ積層造形装置を準備した。

レーザ ： ファイバレーザ、最大出力４００Ｗ
スポット径： ０．０５〜０．２０ｍｍ
走査速度 ： 〜７０００ｍｍ／ｓ
積層ピッチ： ０．０２〜０．０８ｍｍ
造形サイズ： ２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×２８０ｍｍ。

３．積層造形物の製造
上記の装置を用いて、円柱状の積層造形物（直径１４ｍｍ×高さ１５ｍｍ）を製造した。

３−１．純銅粉末（金属粉末Ｘ）
図１に示すフローにおける造形工程（Ｓ２０）に沿って、金属粉末を含む粉末層を形成する第１工程（Ｓ２１）と、粉末層の所定位置にレーザ光を照射し、金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返した。これにより、市販純銅の地金を原料にした純銅粉末（金属粉末Ｘ）に基づいてＮｏ．Ｘ−１〜４０に係る積層造形物を製造した。

各積層造形物の製造条件、各積層造形物の前述の方法に基づいて測定した相対密度、引張強さおよび導電率の数値を、表２および表３に示す。さらに、Ｎｏ．Ｘ−４１〜４２として別途、図８に示すダンベル状試験片２０を積層造形物として製造し、該試験片で引張強さを前述の方法に基づいて測定したので、これを表３に示す。

表２および表３から分かるように、純銅粉末（金属粉末Ｘ）を用いた積層造形物では、条件を固定しても、仕上がり物性のバラツキが非常に大きい。表２中の「測定不可」は、空隙が多すぎるために、アルキメデス法では信頼性の高い密度を測定できなかったことを示している。市販純銅の地金の導電率は、１００％ＩＡＣＳ程度と考えてよい。これに対し金属粉末Ｘを用いた積層造形物では、導電率が大幅に低下している。また、金属粉末Ｘを用いた積層造形物では引張強さの値も、市販純銅の地金の引張強さ（概ね１９５ＭＰａ）に比べ大幅に低下している。これらの結果から、無酸素銅の地金を原料にした純銅粉末の場合、実用的な機械部品の製造は困難といえる。

３−２．銅合金粉末（金属粉末Ｙ）
図１に示すフローにおける造形工程（Ｓ２０）に沿って、金属粉末を含む粉末層を形成する第１工程（Ｓ２１）と、粉末層の所定位置にレーザ光を照射し、金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返した。これにより、市販銅合金（製品名「ＡＭＰＣＯ９４０」）の地金を原料とした銅合金粉末（金属粉末Ｙ）に基づき、Ｎｏ．Ｙ−１〜７に係る積層造形物を製造した。

各積層造形物の製造条件、各積層造形物の前述の方法に基づいて測定した相対密度および導電率の数値を表４に示す。

表４から分かるように、銅合金粉末（金属粉末Ｙ）を用いた積層造形物では、金属粉末Ｘを用いた積層造形物に比べ、高い相対密度を実現できた。しかし導電率は、元材（４５．５％ＩＡＣＳ程度）に比し、大幅に低下した。これらの結果から、本発明と相違する組成を有する銅合金粉末の場合も、実用的な機械部品の製造は困難といえる。

３−３．アルミニウム含有銅合金粉末（金属粉末Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４）
３−３−１．Ａｌ＝０．２３質量％（金属粉末Ｅ１）
図１に示すフローにおける造形工程（Ｓ２０）に沿って、金属粉末を含む粉末層を形成する第１工程（Ｓ２１）と、粉末層の所定位置にレーザ光を照射し、金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返した。これにより、アルミニウムを０．２３質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｅ１）に基づき、Ｎｏ．Ｅ１−１〜９に係る積層造形物を製造した。

各積層造形物の製造条件、各積層造形物の前述の方法に基づいて測定した相対密度、引張強さおよび導電率の数値を表５に示す。さらに、Ｎｏ．Ｅ１−１０〜１１として別途、図８に示すダンベル状試験片２０を積層造形物として製造し、該試験片で引張強さを測定した。

表５から分かるように、アルミニウムを０．２３質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｅ１）を用いた積層造形物では、表２および表３の純銅粉末（金属粉末Ｘ）を用いた積層造形物に比べ、仕上がり物性のバラツキを抑制でき、かつ相対密度が９６％を超える緻密さを実現できた。さらに、これらの積層造形物では、引張強さも良好であって、５３％ＩＡＣＳを超える導電率と機械強度とを両立できた。したがってアルミニウムを０．２３質量％含有する銅合金粉末は、導電率と機械強度とを両立できる優れた銅合金粉末であることがわかった。

３−３−２．Ａｌ＝０．５８質量％（金属粉末Ｅ２）
図１に示すフローにおける造形工程（Ｓ２０）に沿って、金属粉末を含む粉末層を形成する第１工程（Ｓ２１）と、粉末層の所定位置にレーザ光を照射し、金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返した。これにより、アルミニウムを０．５８質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｅ２）に基づき、Ｎｏ．Ｅ２−１〜１５に係る積層造形物を製造した。

各積層造形物の製造条件、各積層造形物の前述の方法に基づいて測定した相対密度、引張強さおよび導電率の数値を表６に示す。さらに、Ｎｏ．Ｅ２−１６〜１９として別途、図８に示すダンベル状試験片２０を積層造形物として製造し、該試験片で引張強さを測定した。

表６から分かるように、アルミニウムを０．５８質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｅ２）を用いた積層造形物では、表２および表３の純銅粉末（金属粉末Ｘ）を用いた積層造形物に比べ、仕上がり物性のバラツキを抑制でき、かつ相対密度が９６％を超える緻密さを実現できた。これらの積層造形物では、４７％ＩＡＣＳを超え、好ましくは５０％ＩＡＣＳを超える導電率を得ることができた。さらに、引張強さも概ね２１９ＭＰａ以上であり、無酸素銅の地金の引張強さと同等以上となった。したがってアルミニウムを０．５８質量％含有する銅合金粉末も、導電率と機械強度とを両立できる優れた銅合金粉末であることがわかった。

３−３−３．Ａｌ＝０．８１質量％（金属粉末Ｅ３）
図１に示すフローにおける造形工程（Ｓ２０）に沿って、金属粉末を含む粉末層を形成する第１工程（Ｓ２１）と、粉末層の所定位置にレーザ光を照射し、金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返した。これにより、アルミニウムを０．８１質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｅ３）に基づき、Ｎｏ．Ｅ３−１〜６に係る積層造形物を製造した。

各積層造形物の製造条件、各積層造形物の前述の方法に基づいて測定した相対密度、引張強さおよび導電率の数値を表７に示す。さらに、Ｎｏ．Ｅ３−７〜８として別途、図８に示すダンベル状試験片２０を積層造形物として製造し、該試験片で引張強さを測定した。

表７から分かるように、アルミニウムを０．８１質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｅ３）を用いた積層造形物では、表２および表３の純銅粉末（金属粉末Ｘ）を用いた積層造形物に比べ、仕上がり物性のバラツキを抑制でき、かつ相対密度が９７％を超える緻密さを実現できた。これらの積層造形物では、４３％ＩＡＣＳを超え、好ましくは４５％ＩＡＣＳを超える導電率を得ることができた。さらに、引張強さも概ね２２６ＭＰａ以上であり、無酸素銅の地金の引張強さ以上となった。したがってアルミニウムを０．８１質量％含有する銅合金粉末も、導電率と機械強度とを両立できる優れた銅合金粉末であることがわかった。

３−３−４．Ａｌ＝１．３質量％（金属粉末Ｅ４）
図１に示すフローにおける造形工程（Ｓ２０）に沿って、金属粉末を含む粉末層を形成する第１工程（Ｓ２１）と、粉末層の所定位置にレーザ光を照射し、金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返した。これにより、アルミニウムを１．３質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｅ４）に基づき、Ｎｏ．Ｅ４−１〜６に係る積層造形物を製造した。

各積層造形物の製造条件、各積層造形物の前述の方法に基づいて測定した相対密度、引張強さおよび導電率の数値を表８に示す。さらに、Ｎｏ．Ｅ４−７〜８として別途、図８に示すダンベル状試験片２０を積層造形物として製造し、該試験片で引張強さを測定した。

表８から分かるように、アルミニウムを１．３質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｅ４）を用いた積層造形物では、表２および表３の純銅粉末（金属粉末Ｘ）を用いた積層造形物に比べ、仕上がり物性のバラツキを抑制でき、かつ相対密度が９７％を超える緻密さを実現できた。これらの積層造形物では、３４％ＩＡＣＳを超え、好ましくは３５％ＩＡＣＳを超える導電率を得ることができた。さらに、引張強さも概ね２４１ＭＰａ以上であり、無酸素銅の地金の引張強さ以上となった。したがってアルミニウムを１．３質量％含有する銅合金粉末も、導電率と機械強度とを両立できる優れた銅合金粉末であることがわかった。

なお、アルミニウムを０．２質量％未満含有する銅合金粉末の場合、純銅の粉末の性質に近づく。このため、これを用いて製作した積層造形物は多数の空隙を有し、純銅の地金に比べて密度および引張強さがともに大幅に低下する機械強度を示し、かつ導電率も純銅の地金に比べて大幅に低下する。また、アルミニウムを１．３質量％超含有する銅合金粉末の場合、導電率において、３０％ＩＡＣＳ以上を確保することができない恐れが生じる。したがって、アルミニウムを０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部が銅および不可避不純物からなる銅合金粉末（金属粉末）とし、これを用いて積層造形物の製作を試みると、導電率と機械強度とを両立できる最も好ましい積層造形物を得ることができる。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 第１粉末層、２ 第２粉末層、１０ 積層造形物、１０ｄ ＳＴＬデータ、２０ ダンベル状試験片、２１ 平行部、２２ つかみ部、２３ 肩部、１００ レーザ積層造形装置、１０１ ピストン、１０２ テーブル、１０３ レーザ出力部、Ｄ１，Ｄ２ 直径、Ｌ０ 全長、Ｌ１，Ｌ２ 長さ、Ｒ 半径、ｄ 厚さ、ｐ１ 第１造形層、ｐ２ 第２造形層、ｐｎ 第ｎ造形層。

Claims (5)

1. 積層造形用の銅合金粉末であって、
   アルミニウムを０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部が銅および不可避不純物からなる、銅合金粉末。
2. 請求項１に記載の銅合金粉末を含む粉末層を形成する第１工程と、
   前記粉末層において、所定位置の前記銅合金粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程と、を含み、
   前記第１工程と前記第２工程とを順次繰り返し、前記造形層を積層することにより、積層造形物を製造する、積層造形物の製造方法。
3. 前記積層造形物を熱処理する熱処理工程をさらに含む、請求項２に記載の積層造形物の製造方法。
4. 銅合金から構成される積層造形物であって、
   前記銅合金は、アルミニウムを０．２質量％以上１．３質量％以下含有し、残部が銅および不可避不純物からなり、
   前記銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、
   導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である、積層造形物。
5. 前記導電率が５０％ＩＡＣＳ以上である、請求項４に記載の積層造形物。

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